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JSON 文件格式

JSON（JavaScript Object Notation，JavaScript 对象表示法）是一种轻量级的数据格式，由 Douglas Crockford 于 2001 年规范并命名，源于 JavaScript 的对象字面量语法。采用轻量级键值树形结构，语法简洁、层次结构清晰，同时也易于机器解析和生成，有效的提升了网络传输效率。现为 ECMA-404 国际标准，是 RESTful API 和 NoSQL 数据库的主流数据交换格式。

虽然 JSON 格式起源于 JavaScript，但它采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据，因此得到广泛的应用。

格式简介​

JSON 是一种轻量级的数据交换格式，采用完全独立于语言的文本格式，但使用了类似于 C 语言家族（包括 C、C++、C#、Java、JavaScript、Perl、Python 等）的习惯。这些特性使 JSON 成为理想的数据交换语言。

JSON 文件扩展名通常为 .json，MIME 类型为 application/json。JSON 格式现已成为 Web 开发中最常用的数据交换格式之一。

技术特点​

基本语法规则​

JSON 对象是一个无序的 "名称/值" 键值对的集合：

  • 以 { 开始，以 } 结束，允许嵌套使用
  • 每个名称和值成对出现，名称和值之间使用 : 分隔
  • 键值对之间用 , 分隔
  • 在这些字符前后允许存在无意义的空白符

对于值，可以有如下类型：

  • 对象：一个新的 JSON 对象，使用 {} 包裹
  • 数组：使用 [ 和 ] 表示的有序值列表
  • 数字：直接表示，可以是整数或浮点数
  • 字符串：使用双引号 " " 表示
  • 布尔值：true 或 false（必须小写）
  • 空值：null（必须小写）

编码支持​

JSON 文件必须使用 UTF-8 编码，这是 JSON 规范的要求。JSON 字符串可以包含 Unicode 字符，使用 \uXXXX 转义序列表示。

JSON 标准​

  • RFC 7159：JSON 数据交换格式标准（2014）
  • ECMA-404：JSON 数据交换标准（2017）
  • RFC 8259：JSON 文本格式标准（2017，更新 RFC 7159）

文件结构​

JSON 文件的基本结构：

{
    "key1": "value1",
    "key2": 123,
    "key3": true,
    "key4": null,
    "key5": {
        "nestedKey": "nestedValue"
    },
    "key6": [1, 2, 3]
}

JSON 示例​

简单对象：

{
    "name": "GetIoT",
    "url": "https://getiot.tech",
    "region": "Guangzhou",
    "subjects": ["iot", "linux", "c", "cpp", "python", "javascript"],
    "owner": {
        "count": 1,
        "name": "Rudy",
        "nationality": "China",
        "team": null
    },
    "business": true
}

数组示例：

[
    {"id": 1, "name": "项目A"},
    {"id": 2, "name": "项目B"},
    {"id": 3, "name": "项目C"}
]

使用场景​

适用场景​

  • API 数据交换：RESTful API 的请求和响应格式
  • 配置文件：应用程序配置文件（如 package.json、tsconfig.json）
  • 数据存储：NoSQL 数据库（如 MongoDB）的文档格式
  • 日志记录：结构化日志数据
  • 前后端通信：Web 应用前后端数据交换
  • 序列化：对象序列化和反序列化

优缺点​

优点：

  • 语法简洁，易于阅读和编写
  • 解析速度快，体积小
  • 广泛支持，几乎所有编程语言都有 JSON 库
  • 人类可读，便于调试
  • 支持嵌套结构，表达能力强

缺点：

  • 不支持注释（某些实现支持）
  • 数据类型有限（无日期、函数等）
  • 不支持循环引用
  • 大文件解析可能较慢
  • 没有模式验证（需要 JSON Schema）

代码示例​

Python 处理 JSON​

import json

# 读取 JSON 文件
with open('data.json', 'r', encoding='utf-8') as f:
    data = json.load(f)
    print(data)

# 写入 JSON 文件
data = {
    "name": "GetIoT",
    "url": "https://getiot.tech"
}

with open('output.json', 'w', encoding='utf-8') as f:
    json.dump(data, f, ensure_ascii=False, indent=2)

# JSON 字符串解析
json_string = '{"name": "GetIoT", "url": "https://getiot.tech"}'
data = json.loads(json_string)
print(data)

JavaScript 处理 JSON​

// 解析 JSON 字符串
const jsonString = '{"name": "GetIoT", "url": "https://getiot.tech"}';
const data = JSON.parse(jsonString);
console.log(data);

// 转换为 JSON 字符串
const obj = {
    name: "GetIoT",
    url: "https://getiot.tech"
};
const jsonString = JSON.stringify(obj, null, 2);
console.log(jsonString);

// 读取 JSON 文件（Node.js）
const fs = require('fs');
const data = JSON.parse(fs.readFileSync('data.json', 'utf8'));

Java 处理 JSON​

import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;
import java.io.File;

// 读取 JSON
ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
MyObject obj = mapper.readValue(new File("data.json"), MyObject.class);

// 写入 JSON
mapper.writeValue(new File("output.json"), obj);

相关工具​

  • 在线工具：
    • JSON 格式化工具
    • JSONLint：JSON 验证和格式化
    • JSON Formatter：JSON 格式化工具
    • JSON Editor Online：在线 JSON 编辑器
  • 编程库：
    • Python: json（标准库）、ujson（高性能）
    • JavaScript: JSON（内置）、json5（支持注释）
    • Java: Jackson、Gson、org.json
    • C++: nlohmann/json、rapidjson
    • Go: encoding/json（标准库）

相关链接​

参考​