高性能 JSON：System.Text.Json Source Generator vs 手写 Span（Utf8JsonReader/Writer）

高性能 JSON：System.Text.Json Source Generator vs 手写 Span（Utf8JsonReader/Writer）⚡️

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1. 为什么比较 & 本文目标 🎯

• 反射默认（JsonSerializer + Options）：易用灵活，但运行期反射与元数据访问有开销；在 Trim/NativeAOT 下可能禁用反射序列化，需要 Source Generator（SG）或 TypeInfoResolver 才能工作。
• Source Generator（SG）：编译期生成类型元数据/专用代码，冷启动更快、AOT/Trim 友好；调用入口三选一：传 JsonTypeInfo<T>、传 JsonSerializerContext、或设置 JsonSerializerOptions.TypeInfoResolver（.NET 7+）。
• 手写 Span：Utf8JsonReader/Writer 直读直写 UTF-8，配 IBufferWriter<byte> 与管道实现低分配；适合顶级热路径、大批量与严格内存预算场景。

目标：在冷/热路径、S/M/B 对象规模与批量场景下，给出可复现的性能结论与可运维的选型标准。🧰

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2. 参赛选手与实现基线 🧑‍💻

A) 反射默认（Baseline）

使用 JsonSerializer.Serialize/Deserialize(obj, options)；全局复用一个 JsonSerializerOptions（线程安全），避免频繁创建导致缓存失效与性能回退。♻️

B) Source Generator（生成器）

定义 partial class XxxJsonContext : JsonSerializerContext，在类上用 [JsonSerializable(typeof(...))] 标注需要的类型。调用时三选一：

• 传 JsonTypeInfo<T>；或
• 传 JsonSerializerContext；或
• 将 XxxJsonContext.Default 赋给 JsonSerializerOptions.TypeInfoResolver（.NET 7+）后用常规重载。

⚠️ 不要把 options 与 context/typeinfo 混用到错误重载上。

C) 手写 Span（Reader/Writer）

Utf8JsonReader/Utf8JsonWriter + IBufferWriter<byte> 直读直写 UTF-8；端点用 HttpContext.Request.BodyReader（PipeReader）循环读取（或采用本文默认的“收齐再解析”零拷贝方案），更稳更快。🔥

2.1 选型一图流 🧭

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3. 测试样本与评测矩阵 🧪

数据模型

• S（小对象）：10–15 属性（数值/字符串/枚举/DateTimeOffset）
• M（中对象）：3 层嵌套 + 数组（50–100 属性）
• B（批量）：List<S> 1k/10k（模拟埋点/日志批量）

工况维度

• 冷启动 vs 热路径；序列化/反序列化分别测
• 指标：吞吐（MB/s 或 req/s）、延迟分位（P50/P95/P99）、分配（B/op）、GC 次数、CPU 利用

指标权重（示例）

工具

• 微基准：BenchmarkDotNet（[MemoryDiagnoser]；可选线程/硬件计数器）
• 端到端：wrk/wrk2（吞吐+延迟分布）、hey（summary 含直方图/百分位，支持 CSV）

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4. 工程要点（把分配与拷贝压到最低）🛠️

1. Reader/Writer 直读直写：数值/布尔/枚举走 GetInt32()/GetDecimal()/GetBoolean() 与 WriteNumber()/WriteBoolean()，避免 string 中转。
2. 属性名匹配：优先 ValueTextEquals("id")（自动反转义）；不要用 ValueSpan 直接比较文本。
3. Buffer 复用：写出侧采用 Utf8JsonWriter(IBufferWriter<byte>, …)；需要池化可用 ArrayPoolBufferWriter<T>。
4. BodyReader：端点读取使用 BodyReader.ReadAsync() 循环（或收齐再解析），避免 MemoryStream 中转。
5. 编码/转义：UnsafeRelaxedJsonEscaping 不转义 <, >, & 等 HTML 敏感字符，仅在非 HTML/JS 注入语境使用。
6. 多态：.NET 7+ 推荐 JsonPolymorphic/JsonDerivedType 标注层次；SG 与运行时均可识别。
7. AOT/Trim：Trim/NativeAOT 下可能禁止反射序列化；需用 SG 或把 TypeInfoResolver 配好。
8. Options 复用：JsonSerializerOptions 建议静态复用（线程安全），避免频繁 new。

4.1 零拷贝数据流🔬

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5. 可复现仓库骨架（.NET 8/9）🧱

JsonPerfPlayground/
├─ src/
│  ├─ JsonPerf.Codecs/      # 模型 & 三路实现（统一 IJsonCodec<T>）
│  ├─ JsonPerf.Bench/       # BenchmarkDotNet 基准
│  └─ JsonPerf.Api/         # Minimal API（端到端对比）
├─ scripts/
│  ├─ wrk.sh                # wrk/wrk2 压测脚本（已修正 BODY 传递）
│  └─ hey.sh                # hey 压测脚本
└─ Directory.Build.props    # TreatWarningsAsErrors, LangVersion 等

5.1 统一接口与模型（JsonPerf.Codecs）🧩

// IJsonCodec.cs
public interface IJsonCodec<T>
{
   
   
    byte[] Serialize(T value);
    T Deserialize(ReadOnlySpan<byte> utf8Json);
}

// Models.cs（S/M/B 示例）
public enum OrderState : byte {
   
    New, Paid, Shipped, Cancelled }

public sealed class OrderItem
{
   
   
    public int Id {
   
    get; set; }
    public string Sku {
   
    get; set; } = "";
    public int Qty {
   
    get; set; }
    public decimal Price {
   
    get; set; }
}

public sealed class Order
{
   
   
    public int Id {
   
    get; set; }
    public string Customer {
   
    get; set; } = "";
    public DateTimeOffset CreatedAt {
   
    get; set; }
    public OrderState State {
   
    get; set; }
    public List<OrderItem> Items {
   
    get; set; } = new();
    public Dictionary<string, string> Tags {
   
    get; set; } = new