程序员都应该了解的一种数据格式之 JSON

作者 | 猪哥

责编 | maozz

JSON的诞生原因是因为XML整合到HTML中各个浏览器实现的细节不尽相同，所以道格拉斯·克罗克福特（Douglas Crockford）和奇普·莫宁斯达（Chip Morningstar）一起从JS的数据类型中提取了一个子集，作为新的数据交换格式，因为主流的浏览器使用了通用的JavaScript引擎组件，所以在解析这种新数据格式时就不存在兼容性问题，于是他们将这种数据格式命名为 “JavaScript Object Notation”，缩写为 JSON，由此JSON便诞生了！

今天我们来学习一下JSON的结构形式、数据类型、使用场景以及注意事项吧！

JSON格式

上面我们知道JSON是从JavaScript的数据类型中提取出来的子集，那JSON有几种结构形式呢？又有哪些数据类型呢？他们又分别对应着JavaScript中的哪些数据类型呢？

JSON的2种结构形式，键值对形式和数组形式。

举了一个JSON的实例，就是键值对形式的，如下：

{
"person": {
"name": "pig",
"age": "18",
"sex": "man",
"hometown": {
"province": "江西省",
"city": "抚州市",
"county": "崇仁县"
}
}
}

这种结构的JSON数据规则是：一个无序的“‘名称/值’对”集合。一个对象以 {左括号开始， }右括号结束。每个“名称”后跟一个 :冒号；“‘名称/值’ 对”之间使用 ,逗号分隔。

因为大多数的时候大家用的JSON可能都是上面那种key-value形式，所以很多人在讲解JSON的时候总是会忽略数组形式，这一点是需要注意的。

那JSON的数组形式是怎么样的呢？举一个实例吧！

["pig", 18, "man", "江西省抚州市崇仁县"]

数组形式的JSON数据就是值（value）的有序集合。一个数组以 [左中括号开始， ]右中括号结束。值之间使用 ,逗号分隔。

JOSN的6种数据类型

上面两种JSON形式内部都是包含value的，那JSON的value到底有哪些类型，而且上期我们说JSON其实就是从Js数据格式中提取了一个子集，那具体有哪几种数据类型呢？

string：字符串，必须要用双引号引起来。
number：数值，与JavaScript的number一致，整数（不使用小数点或指数计数法）最多为 15 位，小数的最大位数是 17。
object：JavaScript的对象形式，{ key:value }表示方式，可嵌套。
array：数组，JavaScript的Array表示方式[ value ]，可嵌套。
true/false：布尔类型，JavaScript的boolean类型。
：空值，JavaScript的。

以上数据形式图片来源JSON官方文档：
http://www.json.org/json-zh.html

JSON使用场景

介绍完JSON的数据格式，那我们来看看JSON在企业中使用的比较多的场景。

接口返回数据和序列化。JSON用的最多的地方莫过于Web了，现在的数据接口基本上都是返回的JSON，具体细化的场景有：

Ajxa异步访问数据
RPC远程调用
前后端分离后端返回的数据
开放API，如百度、高德等一些开放接口
企业间合作接口

这种API接口一般都会提供一个接口文档，说明接口的入参、出参等，

一般的接口返回数据都会封装成JSON格式，比如类似下面这种

{
"code": 1,
"msg": "success",
"data": {
"name": "pig",
"age": "18",
"sex": "man",
"hometown": {
"province": "江西省",
"city": "抚州市",
"county": "崇仁县"
}
}
}

程序在运行时所有的变量都是保存在内存当中的，如果出现程序重启或者机器宕机的情况，那这些数据就丢失了。一般情况运行时变量并不是那么重要丢了就丢了，但有些内存中的数据是需要保存起来供下次程序或者其他程序使用。

保存内存中的数据要么保存在数据库，要么保存直接到文件中，而将内存中的数据变成可保存或可传输的数据的过程叫做序列化，在Python中叫pickling，在其他语言中也被称之为serialization，marshalling，flattening等等，都是一个意思。

正常的序列化是将编程语言中的对象直接转成可保存或可传输的，这样会保存对象的类型信息，而JSON序列化则不会保留对象类型！

为了让大家更直观的感受区别，猪哥用代码做一个测试，大家一目了然

Python对象直接序列化会保存class信息，下次使用loads加载到内存时直接变成Python对象。
JSON对象序列化只保存属性数据，不保留class信息，下次使用loads加载到内存可以直接转成dict对象，当然也可以转为Person对象，但是需要写辅助方法。

对于JSON序列化不能保存class信息的特点，那JSON序列化还有什么用？答案是当然有用，对于不同编程语言序列化读取有用，比如：我用Python爬取数据然后转成对象，现在我需要将它序列化磁盘，然后使用Java语言读取这份数据，这个时候由于跨语言数据类型不同，所以就需要用到JSON序列化。

存在即合理，两种序列化可根据需求自行选择！

最后就是生成Token和配置文件

首先声明Token的形式多种多样，有JSON、字符串、数字等等，只要能满足需求即可，没有规定用哪种形式。

JSON格式的Token最有代表性的莫过于JWT（JSON Web Tokens）。

随着技术的发展，分布式web应用的普及，通过Session管理用户登录状态成本越来越高，因此慢慢发展成为Token的方式做登录身份校验，然后通过Token去取Redis中的缓存的用户信息，随着之后JWT的出现，校验方式更加简单便捷化，无需通过Redis缓存，而是直接根据Token取出保存的用户信息，以及对Token可用性校验，单点登录更为简单。

使用JWT做过app的登录系统，大概的流程就是：

用户输入用户名密码
app请求登录中心验证用户名密码
如果验证通过则生成一个Token，其中Token中包含：
用户的uid、Token过期时间、过期延期时间等，然后返回给app
app获得Token，保存在cookie中，下次请求其他服务则带上
其他服务获取到Token之后调用登录中心接口验证
验证通过则响应

JWT登录认证有哪些优势：

性能好：服务器不需要保存大量的session
单点登录（登录一个应用，同一个企业的其他应用都可以访问）：使用JWT做一个登录中心基本搞定，很容易实现。
兼容性好：支持移动设备，支持跨程序调用，Cookie 是不允许垮域访问的，而 Token 则不存在这个问题。
安全性好：因为有签名，所以JWT可以防止被篡改。更多JWT相关知识自行在网上学习，本文不过多介绍！

说实话JSON作为配置文件使用场景并不多，最具代表性的就是npm的package.json包管理配置文件了，下面就是一个npm的package.json配置文件内容。

{
"name": "server", //项目名称
"version": "0.0.0",
"private": true,
"main": "server.js", //项目入口地址，即执行npm后会执行的项目
"scripts": {
"start": "node ./bin/www" ///scripts指定了运行脚本命令的npm命令行缩写
},
"dependencies": {
"cookie-parser": "~1.4.3", //指定项目开发所需的模块
"debug": "~2.6.9",
"express": "~4.16.0",
"http-errors": "~1.6.2",
"jade": "~1.11.0",
"morgan": "~1.9.0"
}
}

但其实JSON并不合适做配置文件，因为它不能写注释、作为配置文件的可读性差等原因。

配置文件的格式有很多种如：toml、yaml、xml、ini等，目前很多地方开始使用yaml作为配置文件格式。

JSON在Python中的使用

最后我们来看看Python中操作JSON的常用方法有哪些，在Python中操作JSON时需要引入json标准库。

import json

类型转换

Python类型转JSON：json.dump

# 1、Python的dict类型转JSON
person_dict = {'name': 'pig', 'age': 18, 'sex': 'man', 'hometown': '江西抚州'}
# indent参数为缩进空格数
person_dict_json = json.dumps(person_dict, indent=4)
print(person_dict_json, '\n')
# 2、Python的列表类型转JSON
person_list = ['pig', 18, 'man', '江西抚州']
person_list_json = json.dumps(person_list)
print(person_list_json, '\n')
# 3、Python的对象类型转JSON
person_obj = Person('pig', 18, 'man', '江西抚州')
# 中间的匿名函数是获得对象所有属性的字典形式
person_obj_json = json.dumps(person_obj, default=lambda obj: obj.__dict__, indent=4)
print(person_obj_json, '\n')

执行结果：

JSON转Python类型：json.loads

# 4、JSON转Python的dict类型
person_json = '{ "name": "pig","age": 18, "sex": "man", "hometown": "江西抚州"}'
person_json_dict = json.loads(person_json)
print(type(person_json_dict), '\n')
# 5、JSON转Python的列表类型
person_json2 = '["pig", 18, "man", "江西抚州"]'
person_json_list = json.loads(person_json2)
print(type(person_json_list), '\n')
# 6、JSON转Python的自定义对象类型
person_json = '{ "name": "pig","age": 18, "sex": "man", "hometown": "江西抚州"}'
# object_hook参数是将dict对象转成自定义对象
person_json_obj = json.loads(person_json, object_hook=lambda d: Person(d['name'], d['age'], d['sex'], d['hometown']))
print(type(person_json_obj), '\n')

执行结果如下：

对应的数据类型

上面我们演示了Python类型与JSON的相互转换，最开始的时候我们讲过JSON有6种数据类型，那这6种数据类型分别对应Python中的哪些数据类型呢？

需要注意的点

JSON的键名和字符串都必须使用双引号引起来，而Python中单引号也可以表示为字符串，所以这是个比较容易犯的错误！

Python类型与JSON相互转换的时候到底是用load/dump还是用loads\dumps？