基于大量数据的Excel生成方案
以往我们在基于POI生成Excel文件时，都是利用官方提供的HSSF或XSSF对应的系列API，它们操作简便，上手比较快。但是对于大数据量的Excel文件生成往往会比较耗时，这是我们利用标准的API进行开发的一个痛点。对于性能更高一点的API，POI官方会建议我们使用SXSSF系列API，虽然它的性能比起HSSF和XSSF会有很大的提高，但是面对大量数据的时候还是会比较慢，为此官方还给我们提供了一种基于XML的方案。
其实对于一个Excel文件来说，最核心的是它的数据。Excel文件中的数据和样式文件是分开存储的，它们都对应于它自己体系中的一个XML文件。有兴趣的朋友可以把Excel文件的后缀名改成“.zip”，然后用压缩文件把它解压缩，可以看到它里面的结构是由一堆的XML文件组成的。如果我们把解压缩后的文件再压缩成一个压缩文件，并把它的后缀名改为Excel文件对应的后缀名“.xlsx”或“.xls”，然后再用Excel程序把它打开。这个时候你会发现它也是可以打开的。笔者本文所要讲述的基于大量的数据生成Excel的方案就是基于这种XML文件的方案，它依赖于一个现有的Excel文件（这个Excel文件可以在运行时生成好），然后把我们的数据生成对应的XML表示，再把我们的XML替换原来的XML文件，再进行打包后就变成了一个Excel文件了。基于这种方式，笔者做了一个测试，生成了一个拥有3500万行，5列的Excel文件，该文件大小为1GB，耗时412秒。这种效率比起我们应用传统的API来说是指数倍的。
细节的实现详情，请读者自己参考以下示例代码，该示例代码是笔者从Apache官方下载的，原地址是https://svn.apache.org/repos/asf/poi/trunk/src/examples/src/org/apache/poi/xssf/usermodel/examples/BigGridDemo.java。需要注意的是生成的XML中需要应用到的样式需要事先生成，需要应用函数、合并单元格等逻辑的时候，可以先拿一个Excel文件应用对应的函数、合并逻辑，再把它解压缩后查看里面的XML文件的展现形式，然后自己拼接的时候也拼接成对应的形式，这样自己生成的Excel文件也会有对应的效果。
public class BigDataTest {
private static final String XML_ENCODING = "UTF-8";
public static void main(String[] args) throws Exception {
long start = System.currentTimeMillis();
// Step 1. Create a template file. Setup sheets and workbook-level objects such as
// cell styles, number formats, etc.
XSSFWorkbook wb = new XSSFWorkbook();
XSSFSheet sheet = wb.createSheet("Big Grid");
Map<String, XSSFCellStyle> styles = createStyles(wb);
//name of the zip entry holding sheet data, e.g. /xl/worksheets/sheet1.xml
String sheetRef = sheet.getPackagePart().getPartName().getName();
//save the template
FileOutputStream os = new FileOutputStream("template.xlsx");
wb.write(os);
os.close();
//Step 2. Generate XML file.
File tmp = File.createTempFile("sheet", ".xml");
Writer fw = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(tmp), XML_ENCODING);
generate(fw, styles);
fw.close();
//Step 3. Substitute the template entry with the generated data
FileOutputStream out = new FileOutputStream("D:/big-grid2.xlsx");
//用心拼接生成的XML文件替换原来模板Excel文件中对应的XML文件，再压缩打包为一个Excel文件。
substitute(new File("template.xlsx"), tmp, sheetRef.substring(1), out);
out.close();
wb.close();
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("耗时： " + (end - start));
}
/**
* Create a library of cell styles.
*/
private static Map<String, XSSFCellStyle> createStyles(XSSFWorkbook wb){
Map<String, XSSFCellStyle> styles = new HashMap<String, XSSFCellStyle>();
XSSFDataFormat fmt = wb.createDataFormat();
XSSFCellStyle style1 = wb.createCellStyle();
style1.setAlignment(HorizontalAlignment.RIGHT);
style1.setDataFormat(fmt.getFormat("0.0%"));
styles.put("percent", style1);
XSSFCellStyle style2 = wb.createCellStyle();
style2.setAlignment(HorizontalAlignment.CENTER);
style2.setDataFormat(fmt.getFormat("0.0X"));
styles.put("coeff", style2);
XSSFCellStyle style3 = wb.createCellStyle();
style3.setAlignment(HorizontalAlignment.RIGHT);
style3.setDataFormat(fmt.getFormat("$#,##0.00"));
styles.put("currency", style3);
XSSFCellStyle style4 = wb.createCellStyle();
style4.setAlignment(HorizontalAlignment.RIGHT);
style4.setDataFormat(fmt.getFormat("mmm dd"));
styles.put("date", style4);
XSSFCellStyle style5 = wb.createCellStyle();
XSSFFont headerFont = wb.createFont();
headerFont.setBold(true);
style5.setFillForegroundColor(IndexedColors.GREY_25_PERCENT.getIndex());
style5.setFillPattern(FillPatternType.SOLID_FOREGROUND);
style5.setFont(headerFont);
styles.put("header", style5);
return styles;
}
private static void generate(Writer out, Map<String, XSSFCellStyle> styles) throws Exception {
Random rnd = new Random();
Calendar calendar = Calendar.getInstance();
SpreadsheetWriter sw = new SpreadsheetWriter(out);
sw.beginSheet();
//insert header row
sw.insertRow(0);
int styleIndex = styles.get("header").getIndex();
sw.createCell(0, "Title", styleIndex);
sw.createCell(1, "% Change", styleIndex);
sw.createCell(2, "Ratio", styleIndex);
sw.createCell(3, "Expenses", styleIndex);
sw.createCell(4, "Date", styleIndex);
sw.endRow();
//write data rows
for (int rownum = 1; rownum < 100; rownum++) {
sw.insertRow(rownum);
sw.createCell(0, "Hello, " + rownum + "!");
sw.createCell(1, (double)rnd.nextInt(100)/100, styles.get("percent").getIndex());
sw.createCell(2, (double)rnd.nextInt(10)/10, styles.get("coeff").getIndex());
sw.createCell(3, rnd.nextInt(10000), styles.get("currency").getIndex());
sw.createCell(4, calendar, styles.get("date").getIndex());
sw.endRow();
calendar.roll(Calendar.DAY_OF_YEAR, 1);
}
sw.endSheet();
}
/**
*
* @param zipfile the template file
* @param tmpfile the XML file with the sheet data
* @param entry the name of the sheet entry to substitute, e.g. xl/worksheets/sheet1.xml
* @param out the stream to write the result to
*/
private static void substitute(File zipfile, File tmpfile, String entry, OutputStream out) throws IOException {
ZipFile zip = ZipHelper.openZipFile(zipfile);
try {
ZipOutputStream zos = new ZipOutputStream(out);
Enumeration<? extends ZipEntry> en = zip.entries();
while (en.hasMoreElements()) {
ZipEntry ze = en.nextElement();
if(!ze.getName().equals(entry)){
zos.putNextEntry(new ZipEntry(ze.getName()));
InputStream is = zip.getInputStream(ze);
copyStream(is, zos);
is.close();
}
}
zos.putNextEntry(new ZipEntry(entry));
InputStream is = new FileInputStream(tmpfile);
copyStream(is, zos);
is.close();
zos.close();
} finally {
zip.close();
}
}
private static void copyStream(InputStream in, OutputStream out) throws IOException {
byte[] chunk = new byte[1024];
int count;
while ((count = in.read(chunk)) >=0 ) {
out.write(chunk,0,count);
}
}
/**
* Writes spreadsheet data in a Writer.
* (YK: in future it may evolve in a full-featured API for streaming data in Excel)
*/
public static class SpreadsheetWriter {
private final Writer _out;
private int _rownum;
public SpreadsheetWriter(Writer out){
_out = out;
}
public void beginSheet() throws IOException {
_out.write("<?xml version=\"1.0\" encoding=\""+XML_ENCODING+"\"?>" +
"<worksheet xmlns=\"http://schemas.openxmlformats.org/spreadsheetml/2006/main\">" );
_out.write("<sheetData>\n");
}
public void endSheet() throws IOException {
_out.write("</sheetData>");
_out.write("</worksheet>");
}
/**
* Insert a new row
*
* @param rownum 0-based row number
*/
public void insertRow(int rownum) throws IOException {
_out.write("<row r=\""+(rownum+1)+"\">\n");
this._rownum = rownum;
}
/**
* Insert row end marker
*/
public void endRow() throws IOException {
_out.write("</row>\n");
}
public void createCell(int columnIndex, String value, int styleIndex) throws IOException {
String ref = new CellReference(_rownum, columnIndex).formatAsString();
_out.write("<c r=\""+ref+"\" t=\"inlineStr\"");
if(styleIndex != -1) _out.write(" s=\""+styleIndex+"\"");
_out.write(">");
_out.write("<is><t>"+value+"</t></is>");
_out.write("</c>");
}
public void createCell(int columnIndex, String value) throws IOException {
createCell(columnIndex, value, -1);
}
public void createCell(int columnIndex, double value, int styleIndex) throws IOException {
String ref = new CellReference(_rownum, columnIndex).formatAsString();
_out.write("<c r=\""+ref+"\" t=\"n\"");
if(styleIndex != -1) _out.write(" s=\""+styleIndex+"\"");
_out.write(">");
_out.write("<v>"+value+"</v>");
_out.write("</c>");
}
public void createCell(int columnIndex, double value) throws IOException {
createCell(columnIndex, value, -1);
}
public void createCell(int columnIndex, Calendar value, int styleIndex) throws IOException {
createCell(columnIndex, DateUtil.getExcelDate(value, false), styleIndex);
}
}
}
（注：本文由Elim写于2017年6月5日）