基于以上分析，以JSON为内部数据交换格式，将5层数据交换模型精简为3层，如图1所示，即外部报文（对于传统POS设备）—内部报文（原第二至三层改为JSON格式）-数据库层和文件层接口。对移动支付设备甚至可以直接使用JSON格式从外部发送到系统内部（通信层可支持TCP/HTTP/HTTPS，为了保证数据安全和快速路由，还需额外加报文头、签名和认证信息）。项目组以该3层模型构建新一代支付系统，并在关键模块将JSON与XML进行实证对比。

2基于JSON的数据交换模型实证分析

2.1支付系统总体架构图

抽取支付系统关键模块搭建验证系统。如图2所示，核心的金融交易流程处理采用异步模式，通信层（渠道、主机）、数据预处理层（组装、桥接）、基础服务层（加解密、超时控制）使用统一的平台数据处理格式，模型进行接口改造后即可对不同数据格式进行性能对比测试。

测试以典型的POS缴费交易为例，在交易处理的各个子系统和子程序中，对于内部数据格式的每个字段的处理总计“读”约1 200次、“写”约900次（具体次数因业务图2支付系统架构图流程有所不同），下面实证XML和JSON的性能。

2.2测试说明

2.2.1测试环境

软件环境，数据库：Oracle（Oracle11.2.0.2）；测试主机操作系统：AIX 6106 SP6；测试中间件：TUXEDO 10 R3，Weblogic 10.3.5。硬件设备由6台IBM 小型机和2台高端存储组成，如表1所示。交易模拟：2台POS仿真程序分别发起交易，2台PC使用银联仿真器模拟银联和发卡机构。表1测试硬件设备设备类别产品型号子系统用途及配置数量服务器P7系列

2.2.2测试流程及衡量指标

采用JSON作为支付平台统一数据处理格式，要求达到以下指标：TPS≥3 000 （TPS：每秒处理交易数），平均单笔交易耗时<1 s。

测试采用缴费交易，测试采用的库函数版本为：JSON：Jsonc 0.9；XML：Libxml2 DOM。

2.3测试数据

（1）测试中使用两台PC同时模拟终端发送数据，每个模拟程序均包括发送和接收线程，发送频率为每隔700~650 μs发一笔，测试结果如表2和表3所示。

说明：JSON格式TPS能达到并稳定至3000， XML格式在TPS达到2 010时CPU已接近耗尽。

（2）按照200万条交易流水对JSON和XML占用空间测试，结果如表4所示。

说明：采用JSON格式存储要节省23%。

3、对于JSON的底层优化分析

大型支付系统对于性能要求高，特别是为了应对突发性交易峰值的情况，项目组对于JSON底层进行分析和优化，并将其命名为EJSON（Extend JSON）。

3.1对JSON域键名的规划和长度压缩

优化内容主要包括对JSON键值的存储路径进行规划；对平台常用词汇的缩写定义；对各模块、组件中重合的JSON键名进行合并；对键名长度压缩（将原来用下划线分隔的键名定义方式改为缩略词与驼峰法相结合）。经优化后主要进程间通信的消息长度减少，消息的JSON序列化字符串长度从8 200 B降至5 700 B。

3.2JSON开源库对内存的分配机制优化

JSON原内存分配机制如下：在最初初始化时申请16个键值空间（其中为避免散列算法冲突，故仅使用其中的2/3），如发现空间不够则再申请2倍空间，并将原有数据拷贝到新空间。这样虽然能保证存储空间有效利用，但增加系统开销、降低处理性能。针对支付系统场景中JSON键值取值，改进JSON为一次申请足够内存块，无需每次动态申请空间。此优化使单笔交易耗时减少了约8 ms。

4、结论

（1）新数据交互模型是可行的。基于EJSON的方案大大提高了开发效率，报文自外部渠道转换为内部EJSON格式后，所有子系统、大部分子函数使用一个JSON对象作为参数传递变量，新增的业务字段不影响原有函数和系统，大大降低了维护成本。新支付系统上小型项目生命周期大大缩短，平均为49个自然日，其中用于软件开发的时间仅占25%，开发效率大大提高。

（2）EJSON 可以用于生产系统中。目前新一代支付系统已成功投产，系统采用了EJSON作为数据处理格式，并取得良好效果。平均TPS最高能稳定至约3 180笔/秒，平台在压力控制500 TPS时的单笔交易平均处理时间可控制在40 ms以内，日交易量峰值达到1 402万笔。

（3）后续改进方向。以消费者体验为中心，进一步提高移动支付设备接入的便利性和兼容性［6］，加强大数据服务、增值金融子系统支持，在以下方面进行改进：一是JSON将作为数据总线成为系统间交互的标准格式，以此为基础建立统一的JSON变量命名数据字典，对于自有系统命名内外一致，对于外部系统接入尽量只做一次内外转换；二是研究支持JSON存储的数据库，以进一步改3层数据交互为准两层数据交互，以JSON键值为数据存储的元数据，进一步适应未来移动互联网非结构化数据操作的需求。

参考文献

［1］ 钟巍,吴业福. 数据交换模型研究与实现［D］.武汉：武汉理工大学，2008.

［2］ 李聪. 基于XML的数据交换平台的设计与实现［D］.武汉：武汉理工大学，2009.

［3］ 谷方舟,沈波. JSON数据交换格式在异构系统集成中的应用研究［J］.铁路计算机应用，2012，21（2）：14.

［4］ 高静,段会川. JSON数据传输效率研究［J］. 计算机工程与设计，2011，32（7）：22672269.

［5］ 邢四为,宋杰.基于JSON的信息交互系统的研究与实现［D］. 合肥：安徽大学，2013

［6］ 吕光金,曹倩雯.基于TAMTRA的移动支付模式消费者接受影响因素研究［J］.微型机与应用,2015,34(8):8386.