js-xlsx 生成 Excel 文件与 Java POI 库生成 Excel 文件的对比

Dear 丶 2022-03-30 15:27 332阅读 0赞

# 前言 #

最近发现有一个很厉害的前端框架 js-xlsx ( npm install xlsx )，可以在浏览器端用纯前端的方式生成 Office 的 Excel 格式文件，无需再依赖后端 POI 等库。特此研究对比一下 js-xlsx 与 Java  POI 方式生成 Excel 文件的效率。

# 创建对比工程 #

咱就熟悉 Java 那一套，所以用 Spring-boot 创建一个工程是最合适的。

## pom.xml 文件 ##

除了必要的 Spring starter、poi-ooxml 外只添加了 lombok。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
    <project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
             xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
        <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
        <parent>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
            <version>2.1.1.RELEASE</version>
            <relativePath/> 
        </parent>
        <groupId>com.demo</groupId>
        <artifactId>xlsx</artifactId>
        <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
        <name>xlsx</name>
        <description>Demo project for Spring Boot</description>
    
        <properties>
            <java.version>1.8</java.version>
            <poi.version>3.17</poi.version>
        </properties>
    
        <dependencies>
            <dependency>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-starter</artifactId>
            </dependency>
    
            <dependency>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
            </dependency>
    
            <dependency>
                <groupId>org.apache.poi</groupId>
                <artifactId>poi</artifactId>
                <version>${poi.version}</version>
            </dependency>
            <dependency>
                <groupId>org.apache.poi</groupId>
                <artifactId>poi-ooxml-schemas</artifactId>
                <version>${poi.version}</version>
            </dependency>
            <dependency>
                <groupId>org.apache.poi</groupId>
                <artifactId>poi-ooxml</artifactId>
                <version>${poi.version}</version>
            </dependency>
    
            <dependency>
                <groupId>org.projectlombok</groupId>
                <artifactId>lombok</artifactId>
                <version>1.18.4</version>
            </dependency>
    
            <dependency>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
                <scope>test</scope>
            </dependency>
        </dependencies>
    
        <build>
            <plugins>
                <plugin>
                    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                    <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
                </plugin>
            </plugins>
        </build>
    
    </project>

## XlsxApplication.java 文件 ##

Java 端只需要创建一个 @RestController 即可，让 Spring-boot 的启动类 XlsxApplication.java 把这个功能承包了。

创建两个 @requestMapper，一个模拟数据库查询，一个实现 POI 方式 Excel 文件导出功能。

package com.demo.xlsx;
    
    import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
    import org.apache.poi.xssf.streaming.SXSSFRow;
    import org.apache.poi.xssf.streaming.SXSSFSheet;
    import org.apache.poi.xssf.streaming.SXSSFWorkbook;
    import org.springframework.boot.SpringApplication;
    import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
    import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
    import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
    
    import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    import java.util.Random;
    
    @Slf4j
    @RestController
    @SpringBootApplication
    public class XlsxApplication {
    
    	private final Random random = new Random();
    
    	@RequestMapping("query-items")
    	public List<List<String>> qryItems() throws Exception {
    		int listSize = 1000;
    		int itemSize = 20;
    		List<List<String>> result = new ArrayList<>(listSize);
    		for (int i = 0; i < listSize; i++) {
    			List<String> items = new ArrayList<>(itemSize);
    			for (int j = 0; j <= itemSize; j++) {
    				items.add("v" + random.nextInt());
    			}
    			result.add(items);
    		}
    		Thread.sleep(30L); //模拟一下数据库查询的耗时操作
    		return result;
    	}
    
    	@RequestMapping("output-excel")
    	public void outputExcel(int size, HttpServletResponse response) throws Exception {
    		log.info("begin output excel file");
    		long time = System.currentTimeMillis();
    		response.setContentType("application/octet-stream; charset=utf-8");
    		response.setHeader("Content-Disposition", "attachment; filename=Demo_POI.xlsx");
    		try (SXSSFWorkbook workbook = new SXSSFWorkbook(2000)) {// 2000 为 excel 内容在内存中的行数
    			SXSSFSheet sheet = workbook.createSheet("Sheet1");
    			int rowIndex = 0;
    			this.appendExcelCell(buildHeader(), sheet.createRow(rowIndex));
    			rowIndex++;
    			for (int page = 0; page < size; page++) {
    				List<List<String>> lists = qryItems();
    				for (List<String> items : lists) {
    					this.appendExcelCell(items, sheet.createRow(rowIndex));
    					rowIndex++;
    				}
    			}
    			workbook.write(response.getOutputStream());
    		}
    		response.flushBuffer();
    		log.info("finish output excel file, cost {}ms", System.currentTimeMillis() - time);
    	}
    
    	private void appendExcelCell(List<String> items, SXSSFRow row) {
    		for (int cellIndex = 0; cellIndex < items.size(); cellIndex++) {
    			row.createCell(cellIndex).setCellValue(items.get(cellIndex));
    		}
    	}
    
    	private List<String> buildHeader() {
    		List<String> heads = new ArrayList<>(20);
    		for (int i = 0; i < 20; i++) {
    			heads.add("Head-" + i);
    		}
    		return heads;
    	}
    
    	public static void main(String[] args) {
    		SpringApplication.run(XlsxApplication.class, args);
    	}
    
    }

## index.html 文件 ##

既然是前端功能对比，自然少不了一个前端的页面，建立一个 index.html 文件，加载一下 jQuery （用于 Ajax）、xlsx.js，为了样式好看一点，加载了 tw-bootstrap 的 css。

<!DOCTYPE html>
    <html lang="zh-CN">
    <head>
        <meta charset="utf-8">
        <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1, shrink-to-fit=no">
        <link rel="stylesheet" href="//cdn.bootcss.com/twitter-bootstrap/4.2.1/css/bootstrap.min.css">
        <title>Demo Page</title>
    </head>
    <body>
    <div class="container">
        <ul>
            <li>最大页数 <input type="number" id="size" value="10"/> (导出行数 = 最大页数 * 1000)</li>
            <li>
                <button type="button" class="btn btn-link" onclick="backExport()">后端方案导出Excel</button>
            </li>
            <li>
                <button type="button" class="btn btn-link" onclick="pageExport()">前端方案导出Excel</button>
            </li>
            <li id="info">（消息内容）</li>
        </ul>
    </div>
    </body>
    <script src="//cdn.bootcss.com/jquery/3.3.1/jquery.min.js"></script>
    <script src="//cdn.bootcss.com/xlsx/0.14.1/shim.min.js"></script>
    <script src="//cdn.bootcss.com/xlsx/0.14.1/xlsx.full.min.js"></script>
    <script>
      var time = 0;
      var size = 10;
      var info = $('#info');
    
      function backExport() {
        window.location.href = '/output-excel?size=' + $('#size').val();
      }
    
      // view-source:https://sheetjs.com/demos/writexlsx.html
      function pageExport() {
        info.text('begin page download');
        time = new Date().getTime();
        size = Number($('#size').val());
        loadItems(buildHeader(), 0, writeExcel);
      }
    
      function loadItems(aoa, page, finish) {
        info.text('loading page : ' + page);
        if (page === size) return finish(aoa); // 200 * 2000 = 40W
        $.get('/query-items').done(function(resp) {
          loadItems(aoa.concat(resp), ++page, finish);
        });
      }
    
      function buildHeader() {
        var headers = new Array(20);
        for (var i = 0; i < 20; i++) {
          headers.push('Head-' + i);
        }
        return [headers];
      }
    
      function writeExcel(aoa) {
        info.text('excel row line: ' + aoa.length);
        var ws = XLSX.utils.aoa_to_sheet(aoa);
        var wb = XLSX.utils.book_new();
        XLSX.utils.book_append_sheet(wb, ws, 'Sheet1');
        var url = XLSX.writeFile(wb, 'Demo_sheetjs.xlsx');
        info.text('finish page download, cost ' + (new Date().getTime() - time) + 'ms');
        url && URL && URL.revokeObjectURL && URL.revokeObjectURL(url); // 注意执行这一步来释放资源
      }
    </script>
    </html>

这样子基本上的功能已经齐全了。

## 启动项目 ##

直接在 IDE 中运行 com.demo.xlsx.XlsxApplication 即可，自然为了避免内存过小影响测试数据，添加了一下 jvm 启动参数 -Xmx2048m -Xms1024m，启动后的页面显示如下（样子超丑，就两个按钮）

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

# 后端 POI 方案测试 #

首先起一下 Java VisualVM 监控一下 com.demo.xlsx.XlsxApplication，然后点击页面上的 “后端方案导出 Excel” 按钮，POI 的性能还是非常不错的，几次测试调整了一下 Excel 内容的行数，即使行数到 90W 行也没啥问题，就是堆内存消耗大概涨到了 860MB，图示为 25W行数据导出时的监控截图（为啥是 25W 行，后面会讲到）：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

在 GC 后，点击按钮前的内存消耗：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

导出 25W 行数据后 Excel 文件大小近 228MB，运行耗时接近 29 秒，Java 堆内存峰值消耗增多大概 370MB。

# 前端 js-xlsx 方案测试 #

前端方案其实还是需要依赖后端查询的数据，因此耗时方面铁定会比后端方案多的。我启用了 Chrome 浏览器的任务管理器来监控标签的内存消耗。测试数据从 5W 起步，5W 叠加，测试到 30W 的时候浏览器标签就崩溃了，所以最多只能测试一下 25W 数据的导出了。

25W 数据导出时浏览器会显示页面无响应，点击等待按钮还是成功导出数据了：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

前端方案导出 25W 行数据，导出的 Excel 文件接近 228MB ，浏览器标签的最大内存消耗达到了 2GB，运行耗时接近 92 秒：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

另外，前端方案导出，后端 jvm 的堆内存也涨了近 300MB。

# 总结 #

<table style="width:500px;"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>&nbsp;</th> 
   <th>js-xlsx</th> 
   <th>Java POI</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>极限导出行数</th> 
   <td> <p>25W</p> </td> 
   <td>100W 以上</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>极限导出文件大小</th> 
   <td>230MB</td> 
   <td>600MB 以上</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>导出 25W 行内存消耗</th> 
   <td>2GB（浏览器）</td> 
   <td>100MB（服务器）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>导出 25W 行耗时</th> 
   <td>93秒</td> 
   <td>29秒</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>开发效率</th> 
   <td>高</td> 
   <td>中</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

可以看出前端 js-xlsx 的方案只能适应一定范围内数据的导出，建议导出的数据量低于 20W 行或小于 200MB，而且使用 js-xlsx 方案后会增加超过一倍的导出时间，优势是可以将后端工作转移到前端，减轻后端服务器 CPU 和内存消耗，也可以更方便前端定制导出的 Excel 文件的格式以及导出进度控制。另外，前端方案需要浏览器多加载一个近 350KB 的库，对于前端的加载优化是一个大问题。

后端 Java POI 的方案可以适应不限大小和行数的 Excel 文件导出。而且使用 POI 时配置好 rowAccessWindowSize，消耗的内存其实并不大，恰如当前例子，实际多出的内存消耗大概也就是 370-300=70MB 多点，1GB 堆内存的 jvm 可以提供 10 多次的并发导出，而且文件导出明显更加快捷，就是导出进度显示和导出 Excel 内容的样式定制可能相对没有前端方案那么友好简单。

总的来说  js-xlsx 方案对于内网项目导出少量数据的情况还是一项大优势，用户可以根据实际情况确认是否采用。不过我个人还是建议前端纯数据导出还是最好采用纯文本形式的 csv 格式，对于开发人员的开发优势非常明显。

—— author : chunlin.qiu

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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20220330/9727e6a5d93c4b098b380a73224b2aaa.png
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