简介
在ERP应用中，经常要将大批量的数据下载到客户端本地，例如查询、报表或导出等功能，这将消耗大量的网络资源来传输数据，特别是在移动办公时，较大的数据量将造成等待时间太长。本文以压缩十进制数据为例描述了压缩这些数据的实践。
分析案例
在传输的数据中，有各种类型的数据，有字符串、时间、十进制或bool等，本文将分析十进制这种类型。
在.net中，decimal是一个可以描述较大数据和小数，且保证计算准确的数据类型，比较适合ERP应用，但是他占用的空间比较大，反编译其申明可以看到其占用4个int32，即高达16个字节。
1 private int flags; 2 private int hi; 3 private int lo; 4 private int mid;
直接调用GetBits(Decimal) : Int32[]存储显然不合算。
参考实现
微软内部是如何存储的呢？System.IO.BinaryWriter的默认实现还真的是这么干的，请看：
1 public virtual void Write(decimal value) 2 { 3 decimal.GetBytes(value, this._buffer); 4 this.OutStream.Write(this._buffer, 0, 0x10); 5 }
注:不过他有点耍赖,调用了internal的GetBytes减少了byte[]数组的不断创建。
在二进制序列化的实现System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary.__BinaryWriter中,使用了较为巧妙的方法,他将其转换为字符串存储:
1 internal void WriteDecimal(decimal value) 2 { 3 this.WriteString(value.ToString(CultureInfo.InvariantCulture)); 4 }
通常情况下,一列的数据都是很小的数字，例如数量或者单价,可能0,也可能正整数,也可能是0.17这样的小数.根据WriteString的实现可知，需要至少一个字节描述字符串的长度，然后一个字符占用一个字节（默认utf8），也就是说，数字0占用2个字节，0.17占用5个字节。
还不错啊，至少比16个字节好多了。
有没有更好的压缩
观察
我对微软的实现还不够满意，仔细观察常见的数据，可以总结道：
1、 通常一个小数由整数部分、小数部分和小数位数组成，例如0.17整数是0，小数部分是17，小数位数是2，另外一个例子1.007，整数部分是1，小数部分是7，小数位数是3；
2、 如果小数位数是0，即整数，那么就不必描述小数部分了；
3、 如果数字就是0，这种情况非常多，是不是用1个字节而不是2个字节描述呢？
4、 像17这样的数字，用字符串描述就需要2个字节，而如果用二进制，1个字节就够了。
基本方法
所以我的方法是：第一个字节描述小数位数，后面的字节描述整数部分，如果小数位数大于0，则还包含小数部分的整数描述。
例如0.12，我会存储2，0，12三个正整数，十六进制描述就是
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02 |
00 |
0C |
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我在上面多处提到正整数，我们可以利用7BitEncodedInt方式填写整数部分和小数部分，他是一种可变长的描述方法。
如果数字是整数，我们还可以省略小数部分，例如12
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00 |
0C |
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到这里，我们发现一个问题，如果是数字0，第一个字节和上面是一样的（为0），这样即使0也还需要再存储一个字节0，用来确定整数部分是0，不然读取时，就无法区分0和12了，但这就达不到我之前提到的数字0使用一个字节来描述的要求。
而且，这里还有负数的问题，还有如果decimal的值大于int32的范围怎么办？所以我在第一个字节上做了手脚，把他再拆分成4个部分。
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A |
A |
A |
A |
A |
B |
C |
D |
第一个字节的8个位中，前5位存储小数位数（A区），最大值是31，一般小数位数不会超过这个数字（事实上，下面的算法最多仅9位）。
B区一个位，如果是0，表示当前数字是0，其他任何位都无需考虑了，也没有整数部分和小数部分，如果是1，表示此值非0，通过这种方法，我们就实现了数字0仅用一个字节描述的目的。
C区一个位，如果是0表示正数，如果是1表示此值为负数；
D区一个位，如果是0表示此值使用压缩的存储方法，1表示此值太大或太小，使用了16个字节的原样输出。
现在还是0.12为例，其第一个字节其二进制实际上是：
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0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
第一个字节换算成十六进制为：0x14，所以0.12其存储的内容是：
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14 |
00 |
0C |
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参考实现
下面是写入时的代码，我使用了比较笨拙的办法获取小数部分的整数描述值。
1 // Fast access for 10^n where n is 0-9 2 private static UInt32[] Powers10 = new UInt32[] { 3 10, 4 100, 5 1000, 6 10000, 7 100000, 8 1000000, 9 10000000, 10 100000000, 11 1000000000 12 }; 13 14 private static void WriteToFullByte(SerializeContext context, decimal[] values) { 15 //整个逻辑放在一个方法中，目的是防止foreach循环中不断跳入其他方法，增加消耗，在这个性能要求较高的程序是允许的。 16 var stream = context.Stream; 17 int flag; 18 int a, b, c; 19 decimal d, e; 20 21 foreach (var value in values) { 22 if (value == 0m) { 23 //当数字是0时，第一个字节的所有位都是0，直接写0 24 stream.WriteByte(byte.MinValue); 25 } 26 else { 27 //分析出整数部分，小数位和小数部分； 28 //ex: v = 1.070m; 29 30 //整数部分太大，超过了int32的描述范围； 31 //当value == Int32.MinValue时，其变为正数后，比Int32.MaxValue大了1，超过范围，所以后面一个判断使用<= 32 if (value > Int32.MaxValue || value <= Int32.MinValue) { 33 goto FullWrite; 34 } 35 36 if (value < 0) { 37 flag = 0x4 | 0x2; 38 e = value * -1; 39 a = decimal.ToInt32(e); 40 d = e - a; 41 } 42 else { 43 flag = 0x4; 44 //取出整数部分 a = 1 45 a = decimal.ToInt32(value); 46 //得到小数部分 d = 0.070m; 47 d = value - a; 48 } 49 50 c = 0; 51 if (d == 0m) { 52 //没有小数部分 53 stream.WriteByte((byte)flag); 54 context.Write7BitEncodedInt(a); 55 goto NextFor; 56 } 57 58 do { 59 e = d * Powers10[c]; //ex: 0.7 , 7 60 b = decimal.ToInt32(e); 61 c++; 62 63 if (b == e) {//整数部分和小数部分相等，则得到小数部分的整数描述 64 flag = (c << 3 | flag); 65 stream.WriteByte((byte)flag); 66 context.Write7BitEncodedInt(a); 67 context.Write7BitEncodedInt(b); 68 goto NextFor; 69 } 70 } while (c < 9); 71 72 //小数部分太多，也使用原始方法写入。 73 FullWrite: 74 stream.WriteByte((byte)1); 75 //这里使用了BinaryWriter来填充到流，此实现bw实例级缓存了byte[]并调用decimal内部的 76 //的 GetBytes 方法，这比调用GetBits不断创建数组减少了开销。 77 context.Writer.Write(value); 78 79 NextFor: 80 flag = 0; 81 } 82 } 83 }
下面是读取时的方法：
1 private static decimal[] PowersDecimal = new decimal[] { 2 0.1m, 3 0.01m, 4 0.001m, 5 0.0001m, 6 0.00001m, 7 0.000001m, 8 0.0000001m, 9 0.00000001m, 10 0.000000001m 11 }; 12 13 private static void ReadFromFullByte(SerializeContext context, decimal[] values, int length) { 14 var stream = context.Stream; 15 int flag; 16 int a, b, c; 17 decimal d; 18 19 for (int i = 0; i < length; i++) { 20 flag = stream.ReadByte(); 21 if (flag != 0) { 22 if (flag == 1) { 23 //较大的数，系统内部完整数据 24 values[i] = context.Reader.ReadDecimal(); 25 } 26 else { 27 c = flag >> 3; 28 a = context.Read7BitEncodedInt(); 29 30 if (c > 0) { 31 b = context.Read7BitEncodedInt(); 32 //乘法比除法快，在测试用例中，除法时，总时间是1分04秒，而乘法时为50秒 33 d = a + ((decimal)b * PowersDecimal[c - 1]); 34 } 35 else { 36 d = a; 37 } 38 39 if ((flag & 0x2) == 0x2) { 40 values[i] = d * -1; //负数 41 } 42 else { 43 values[i] = d; 44 } 45 } 46 } 47 } 48 }
更进一步的优化
我在以上的基础上，进一步设想，
1、 如果这一列所有的数字都是0呢？这在ERP中非常常见，因为为了满足各种需求，设计人员总是设计一堆的字段，而这些字段一般用户根本不填写，全是0；
2、 如果这一列数字全是正整数，那么我是不是可以全部不要那个标志位字节，就节省一半的大小了，这种情况其实也常见，例如数量这一列，零售单明细中都是1~5之间的正整数，除非是称重的商品。
基于上面的想法，我在整列的存储中，使用一个字节描述存储方式，注意是整列的开头而不是每个数字的开头。这第一个字节：
1、 如果是0，表示所有的数字是0；
2、 如果是1，表示所有的数字都是小于0xFF的正整数，后面都使用一个字节描述其整数部分；
3、 如果是2，表示所有的数字都是小于0xFF FF的正整数，后面都使用2个字节描述其整数部分；
4、 如果是3，表示所有的数字都是小于0xFF FF FF的正整数，后面都使用3个字节描述其整数部分；
5、 如果是大于3的数字，表示此列使用本文描述的动态压缩方法存储数据。
下面是一段简单分析数据的方法，其返回此标志位：
1 private static byte GetFirstFlag(decimal[] values) { 2 decimal maxValue = 0; 3 foreach (var item in values) { 4 if (decimal.Floor(item) == item) { 5 if (item > maxValue) { 6 maxValue = item; 7 if (maxValue > 0xFFFFFF) { 8 return 4;//大于3个byte可描述范围 使用full的算法 9 } 10 } 11 else if (item < 0) { 12 return 4;//负数 使用string的算法 13 } 14 } 15 else { 16 return 4;//存在有效小数 使用full的算法 17 } 18 } 19 20 if (maxValue > 0xFFFF) { 21 return 3;// 65535 < maxValue <= 16777215 3个byte 22 } 23 else if (maxValue > 0xFF) { 24 return 2;//255 < maxValue <= 65535 2个byte 25 } 26 else if (maxValue > 0) {//0 < maxValue <= 255 1个byte 27 return 1; 28 } 29 return 0; 30 }
总结
通过不断分析ERP中的常见数据，理顺其规律，我们就能设计出更加优化的特定压缩算法。