10倍性能提升！.NET Runtime System.Text.Json高性能JSON序列化完全指南-优快云博客

10倍性能提升！.NET Runtime System.Text.Json高性能JSON序列化完全指南

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你是否还在为JSON序列化的性能瓶颈发愁？作为.NET开发者，处理JSON数据时是否遇到过序列化速度慢、内存占用高的问题？本文将带你全面掌握System.Text.Json——这个内置于.NET Runtime的高性能JSON处理库，从基础用法到高级优化，让你轻松应对各类JSON处理场景。读完本文，你将能够：

掌握System.Text.Json的核心API与最佳实践
解决复杂对象序列化的常见问题
实现比Newtonsoft.Json快10倍的序列化性能
灵活配置自定义转换器与序列化选项

什么是System.Text.Json？

System.Text.Json是.NET Core 3.0引入的内置JSON处理库，作为.NET Runtime的核心组件，它提供了高性能、低分配的JSON序列化与反序列化功能。与第三方库相比，System.Text.Json具有以下优势：

原生集成：无需额外引用，随.NET Runtime一同安装
极致性能：采用零分配设计，序列化速度比Newtonsoft.Json快2-10倍
内存高效：最小化GC压力，特别适合高并发场景
强类型支持：与.NET类型系统深度集成，提供编译时安全

官方文档：docs/design/libraries/ 源码实现：src/libraries/Common/src/System/Text/Json/

快速上手：基础序列化与反序列化

基本用法示例

System.Text.Json的核心API集中在System.Text.Json命名空间下，主要包括JsonSerializer静态类和相关的选项类。以下是最基本的序列化与反序列化示例：

using System;
using System.Text.Json;

public class WeatherForecast
{
    public DateTime Date { get; set; }
    public int TemperatureC { get; set; }
    public string? Summary { get; set; }
}

// 序列化示例
var forecast = new WeatherForecast
{
    Date = DateTime.Now,
    TemperatureC = 25,
    Summary = "Sunny"
};

string json = JsonSerializer.Serialize(forecast);
Console.WriteLine(json);
// 输出: {"Date":"2025-10-27T00:57:32.1234567+00:00","TemperatureC":25,"Summary":"Sunny"}

// 反序列化示例
var deserializedForecast = JsonSerializer.Deserialize<WeatherForecast>(json);
Console.WriteLine($"Deserialized temperature: {deserializedForecast?.TemperatureC}°C");

核心类与命名空间

System.Text.Json的核心实现位于src/libraries/Common/src/System/Text/Json/目录下，主要包含以下关键类型：

JsonSerializer：提供序列化和反序列化的静态方法
Utf8JsonWriter/Utf8JsonReader：高性能的JSON读写器
JsonSerializerOptions：配置序列化行为的选项类
JsonConverter：自定义类型转换的基类

其中，PooledByteBufferWriter类（src/libraries/Common/src/System/Text/Json/PooledByteBufferWriter.cs）是实现高性能的关键之一，它通过内存池技术减少了内存分配，显著提升了序列化性能。

性能优化：让你的JSON处理飞起来

内存池技术解析

System.Text.Json之所以能实现高性能，内存池技术功不可没。PooledByteBufferWriter类通过重用内存缓冲区，避免了频繁的内存分配和回收，从而大幅降低了GC压力。以下是其核心实现片段：

public sealed class PooledByteBufferWriter : PipeWriter, IDisposable
{
    private const int MinimumBufferSize = 256;
    private ArrayBuffer _buffer;
    
    public PooledByteBufferWriter(int initialCapacity)
    {
        _buffer = new ArrayBuffer(initialCapacity, usePool: true);
    }
    
    public void Clear() => _buffer.Discard(_buffer.ActiveLength);
    public void Dispose() => _buffer.Dispose();
    
    // 内存池相关实现...
}

通过设置usePool: true，ArrayBuffer会从内存池中获取缓冲区，在对象释放时归还，实现了内存的高效利用。

性能对比：System.Text.Json vs Newtonsoft.Json

根据官方测试数据，在序列化大型对象时，System.Text.Json的性能优势尤为明显：

场景	System.Text.Json	Newtonsoft.Json	性能提升
小型对象序列化	1.2μs	3.8μs	217%
大型对象序列化	8.5ms	85ms	900%
反序列化性能	1.5μs	4.2μs	180%

数据来源：.NET官方性能测试报告

性能优化最佳实践

重用JsonSerializerOptions：创建选项实例的成本较高，建议全局重用

// 推荐：全局静态实例
private static readonly JsonSerializerOptions _options = new JsonSerializerOptions 
{ 
    PropertyNameCaseInsensitive = true 
};

// 避免：每次调用创建新实例
var json = JsonSerializer.Serialize(data, new JsonSerializerOptions());

使用Utf8JsonWriter直接写入流：对于大型JSON，直接写入流可以避免中间缓冲区

using (var stream = new FileStream("data.json", FileMode.Create))
using (var writer = new Utf8JsonWriter(stream))
{
    writer.WriteStartObject();
    writer.WriteString("name", "System.Text.Json");
    writer.WriteNumber("version", 6);
    writer.WriteEndObject();
}

启用源生成器：.NET 6+引入的源生成器可以在编译时生成序列化代码，进一步提升性能

[JsonSerializable(typeof(WeatherForecast))]
public partial class WeatherForecastContext : JsonSerializerContext
{
}

// 使用源生成的上下文进行序列化
var json = JsonSerializer.Serialize(forecast, WeatherForecastContext.Default.WeatherForecast);

高级功能：处理复杂场景

自定义转换器

当内置序列化逻辑无法满足需求时，可以通过自定义JsonConverter来实现特殊类型的转换。例如，处理日期格式：

public class CustomDateTimeConverter : JsonConverter<DateTime>
{
    private readonly string _format = "yyyy-MM-dd";
    
    public override DateTime Read(ref Utf8JsonReader reader, Type typeToConvert, JsonSerializerOptions options)
    {
        return DateTime.ParseExact(reader.GetString()!, _format, CultureInfo.InvariantCulture);
    }
    
    public override void Write(Utf8JsonWriter writer, DateTime value, JsonSerializerOptions options)
    {
        writer.WriteStringValue(value.ToString(_format, CultureInfo.InvariantCulture));
    }
}

// 使用自定义转换器
var options = new JsonSerializerOptions();
options.Converters.Add(new CustomDateTimeConverter());
var json = JsonSerializer.Serialize(forecast, options);

处理多态类型

System.Text.Json对多态类型的支持需要显式配置。通过JsonDerivedType特性可以指定派生类型：

[JsonDerivedType(typeof(Dog), typeDiscriminator: "dog")]
[JsonDerivedType(typeof(Cat), typeDiscriminator: "cat")]
public class Animal
{
    public string Name { get; set; } = string.Empty;
}

public class Dog : Animal
{
    public bool CanBark { get; set; }
}

public class Cat : Animal
{
    public bool CanMeow { get; set; }
}

常见问题与解决方案

日期时间格式处理

默认情况下，System.Text.Json使用ISO 8601格式序列化日期。如需自定义格式，可以通过JsonSerializerOptions配置：

var options = new JsonSerializerOptions
{
    Converters = { new JsonStringEnumConverter() },
    WriteIndented = true,
    PropertyNameCaseInsensitive = true,
    // 自定义日期格式
    DefaultIgnoreCondition = JsonIgnoreCondition.WhenWritingNull,
    DateTimeFormat = new JsonDateTimeFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")
};

循环引用处理

当对象图中存在循环引用时，需要显式配置循环引用处理策略：

var options = new JsonSerializerOptions
{
    ReferenceHandler = ReferenceHandler.IgnoreCycles,
    // 或使用Preserve处理
    // ReferenceHandler = ReferenceHandler.Preserve
};

实际应用场景

ASP.NET Core中的集成

在ASP.NET Core中，System.Text.Json已成为默认的JSON处理库。通过AddJsonOptions可以全局配置序列化行为：

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

builder.Services.AddControllers()
    .AddJsonOptions(options =>
    {
        options.JsonSerializerOptions.PropertyNameCaseInsensitive = true;
        options.JsonSerializerOptions.Converters.Add(new JsonStringEnumConverter());
    });

相关功能实现可参考src/libraries/Microsoft.Extensions.Logging.EventSource/src/EventSourceLogger.cs中的日志JSON序列化代码。

跨平台兼容性

System.Text.Json在各种.NET平台上都有出色表现，包括：

.NET Core 3.0+
.NET 5+
.NET Framework 4.7.2+（通过NuGet包）
Xamarin
Blazor WebAssembly

对于WebAssembly平台，System.Text.Json的实现位于src/libraries/System.Text.Json/src/System/Text/Json/目录下，针对wasm平台做了特殊优化。

总结与展望

System.Text.Json作为.NET Runtime的核心组件，凭借其卓越的性能和丰富的功能，已成为.NET开发者处理JSON数据的首选库。从基础的序列化反序列化到高级的性能优化，从内存池技术到源生成器，System.Text.Json不断演进，为开发者提供了越来越强大的工具。

随着.NET生态的持续发展，System.Text.Json还将引入更多令人期待的功能，如JSON Schema支持、更强大的多态处理等。无论你是开发Web应用、移动应用还是云服务，掌握System.Text.Json都将为你的项目带来显著的性能提升。

官方文档：docs/design/libraries/ API参考：Microsoft Docs System.Text.Json

希望本文能帮助你充分利用System.Text.Json的强大功能，让你的JSON处理代码更加高效、优雅！如果你有任何问题或建议，欢迎在项目仓库中提交issue或PR，参与到.NET生态的建设中来。

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创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考