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1、mongodb-- BSON 学习和JSON性能对比

news 来源：原创 2025/5/10 7:51:53

BSON 是什么

MongoDB 作为一款流行的文档数据库，采用 BSON 格式来支持文档模型。

BSON 全称是 Binary JSON，和 JSON 很像，但是采用二进制格式进行存储。相比 JSON 有以下优势：

访问速度更快：BSON 会存储 Value 的类型，不需要进行字符串类型到其他类型的转换。

以整型 12345678 为例，JSON 需要将字符串转成整型，而 BSON 中存储了整型类型标志，并用 4 个字节直接存储了整型值。对于 String 类型，会额外存储 String 长度，这样解析操作也会快很多
存储空间更低：如 Int32 统一采用 4 字节存储，Long 和 Double 采用 8 字节存储。

还是以整型 12345678 为例，JSON 采用明文存储的方式需要 8 个字节，但是 BSON 对于 Int32 的值统一采用 4 字节存储，Long 和 Double 采用 8 字节存储。当然这里说存储空间更低也分具体情况，比如对于小整型，BSON 消耗的空间反而更高；
数据类型更丰富：BSON 增加了 BinData、TimeStamp、ObjectID、Decimal128 等类型。

	JSON	BSON
编码方式	UTF-8 String	Binary
数据类型	String, Boolean, Number, Array	String, Boolean, Number (Integer, Float, Long, Decimal128…), Array, Date, Raw Binary
可读性	Human and Machine	Machine Only

BSON 存储格式

一条最简单的 BSON 文档，从前向后可以拆解成以下几个部分：

文档的总长度，占 4 个字节；
多个 BSONElement 按顺序排列，每个包含：
- Value 类型（1 字节）
- Key 的 C-String（以 \0 结尾）
- Value 的二进制存储（如 Int32 占 4 字节等）
文档以 \0 结尾（EOO，End Of Object，1 字节）

常用类型举例

在这里插入图片描述

Int 类型：直接存储 4 字节二进制。
Double 类型：占 8 字节，IEEE 754 标准。
String 类型：头部有 4 字节长度，内容以 \0 结尾。
需要注意的是，BSON 有 2 种 String 类型：

1、C-String: 一般用于 Key ，以 ‘\0’ 结尾，不存储长度信息；
2、String: 一般用于 Value，以’\0’ 结尾，头部会存储 4 字节的长度信息；

这样设计的好处是：

1、Key 一般长度较短，可以很快解析。不需要额外的 4 字节的存储开销和解析开销；
2、Value 一般长度较长，通过存储 4 字节的长度信息，可以明显加快解析速度；

嵌套文档：头部有 4 字节长度，内容同普通文档。

嵌套文档和普通文档一样，头部也包含了额外的 4 字节长度空间。比如下面的例子 {“b” : NumberInt(1)} 的存储长度为 12 字节。
数组类型：头部有 4 字节长度，每个元素有下标（‘0’ 开始）。

数组类型头部有 4 个字节存储长度，每个元素都对应有下标，从 ‘0’ 开始递增。
比如下面的例子中，“a.0” 表示第 1 个元素，值为 Double(1)， “a.3” 表示第 4 个元素，值为 “4”.

BSON 的解析和封装

解析流程

先用小端模式读取头部 4 字节，得到 BSON 文档长度。
迭代获取 Value 类型、Key、Value，直到文档结束。
参考 MongoDB 代码中的 BSONObj 和 BSONObjIterator。

封装流程

通过 BSONObjBuilder 流式生成 BSON 文档。
修改字段时，通常会生成新的 BSON 文档。
只有不改变二进制结构的更新才支持 UpdateInPlace。

性能测试

BSON 在常用的 Double、Long、String 类型下，长度和编解码性能优于 JSON，但不同场景下差异较大。
在这里插入图片描述

1. 存储空间（长度）效率

对于 “长” double/int64 类型，BSON 在空间上，有一定优势。因为 BSON 使用固定 8 字节进行编码。对于 “短” double/int64 类型，BSON 在空间上，存在劣势。还是因为 BSON 使用固定 8 字节编码的原因。对于测试使用的 string 类型，BSON 并没有优势。