json数据如何序列化

JSON数据序列化全解析：从原理到实践

在当今的软件开发领域，JSON（JavaScript Object Notation）已成为一种轻量级、易于阅读和编写的数据交换格式，它广泛应用于前后端数据交互、API响应配置文件存储等场景，而“JSON数据如何序列化”是每一位开发者都需要的核心技能，本文将探讨JSON序列化的原理、方法、常见问题及最佳实践。

什么是JSON序列化？

要理解序列化，首先需要明确其概念。序列化（Serialization），通常也称为编码（Encoding）或序列化（Marshalling），是指将复杂的数据结构（如对象、数组、字典等）或对象状态转换为一种可以存储或传输的格式（在这里就是JSON格式）的过程。

就是将程序内存中的数据“翻译”成JSON字符串,一个Python中的字典：

{
  "name": "张三",
  "age": 30,
  "is_student": False,
  "courses": ["数学", "英语"]
}

经过序列化后,会变成如下的JSON字符串：

'{"name": "张三", "age": 30, "is_student": false, "courses": ["数学", "英语"]}'

为什么需要JSON序列化？

数据交换：前后端通信时，后端程序（如Java、Python、Node.js等）的数据结构需要转换为通用的JSON格式,才能通过HTTP协议传输给前端JavaScript进行解析和渲染。
数据持久化：将程序运行时的数据状态保存到文件或数据库中，以便下次程序启动时能够恢复，JSON因其可读性强,常被用作配置文件或数据存储格式。
跨平台兼容：JSON是一种与语言无关的数据格式，几乎所有现代编程语言都支持JSON的序列化和反序列化,便于不同系统间的数据共享。

JSON序列化的基本原理

JSON序列化的核心是将特定编程语言中的数据类型映射到JSON标准支持的数据类型,JSON标准支持以下数据类型：

字符串（String）：由双引号包围的字符序列。
数字（Number）：整数或浮点数。
布尔值（Boolean）：true 或 false。
null：表示空值。
数组（Array）：有序的值集合，用方括号 [] 包围。
对象（Object）：无键值对集合，用花括号包围，每个键是字符串,值可以是上述任意类型。

不同编程语言在序列化时,会将自身的原生数据类型转换为上述JSON类型：

Python: dict -> JSON Object, list/tuple -> JSON Array, str -> JSON String, int/float -> JSON Number, True/False -> JSON Boolean, None -> JSON null
JavaScript: Object -> JSON Object, Array -> JSON Array, string -> JSON String, number -> JSON Number, true/false -> JSON Boolean, null -> JSON null
Java: Map/POJO -> JSON Object, List/Set -> JSON Array, String -> JSON String, Integer/Double etc. -> JSON Number, true/false -> JSON Boolean, null -> JSON null

如何进行JSON序列化（主流语言示例）

几乎每种编程语言都提供了内置库或第三方库来处理JSON序列化。

Python

Python内置了json模块。

import json
# Python 字典
data = {
    "name": "李四",
    "age": 25,
    "is_graduated": True,
    "hobbies": ["reading", "coding"],
    "address": None
}
# 序列化为JSON字符串
json_str = json.dumps(data)
print(json_str)
# 输出: {"name": "李四", "age": 25, "is_graduated": true, "hobbies": ["reading", "coding"], "address": null}
# 可以使用indent参数美化输出
pretty_json_str = json.dumps(data, indent=4, ensure_ascii=False)
print(pretty_json_str)
# 输出:
# {
#     "name": "李四",
#     "age": 25,
#     "is_graduated": true,
#     "hobbies": [
#         "reading",
#         "coding"
#     ],
#     "address": null
# }

JavaScript (Node.js & Browser)

JavaScript原生支持JSON对象。

// JavaScript 对象
const data = {
    name: "王五",
    age: 28,
    is_married: false,
    children: ["小明", "小红"],
    spouse: null
};
// 序列化为JSON字符串 (JSON.stringify)
const jsonString = JSON.stringify(data);
console.log(jsonString);
// 输出: {"name":"王五","age":28,"is_married":false,"children":["小明","小红"],"spouse":null}
// 美化输出
const prettyJsonString = JSON.stringify(data, null, 2);
console.log(prettyJsonString);
// 输出:
// {
//   "name": "王五",
//   "age": 28,
//   "is_married": false,
//   "children": [
//     "小明",
//     "小红"
//   ],
//   "spouse": null
// }
// 过滤属性 (第二个参数是replacer函数)
const filteredJsonString = JSON.stringify(data, (key, value) => {
    if (key === "age") {
        return undefined; // 过滤掉age属性
    }
    return value;
});
console.log(filteredJsonString);
// 输出: {"name":"王五","is_married":false,"children":["小明","小红"],"spouse":null}

Java

Java通常使用第三方库如Gson或Jackson。

使用Gson:

import com.google.gson.Gson;
class Person {
    private String name;
    private int age;
    private boolean isStudent;
    private String[] courses;
    // 构造方法、getter和setter省略
    // 为了序列化，通常需要无参构造方法
    public Person() {}
    public Person(String name, int age, boolean isStudent, String[] courses) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.isStudent = isStudent;
        this.courses = courses;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", isStudent=" + isStudent +
                ", courses=" + Arrays.toString(courses) +
                '}';
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person("赵六", 22, true, new String[]{"物理", "化学"});
        Gson gson = new Gson();
        String jsonString = gson.toJson(person);
        System.out.println(jsonString);
        // 输出: {"name":"赵六","age":22,"isStudent":true,"courses":["物理","化学"]}
    }
}

使用Jackson (更常用，尤其在Spring框架中):

import com.fasterxml.jackson.core.JsonProcessingException;
import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;
// Person类同上
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person("钱七", 35, false, new String[]{});
        ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();
        try {
            String jsonString = objectMapper.writeValueAsString(person);
            System.out.println(jsonString);
            // 输出: {"name":"钱七","age":35,"isStudent":false,"courses":[]}
            // 美化输出
            String prettyJsonString = objectMapper.writerWithDefaultPrettyPrinter().writeValueAsString(person);
            System.out.println(prettyJsonString);
            // 输出:
            // {
            //   "name" : "钱七",
            //   "age" : 35,
            //   "isStudent" : false,
            //   "courses" : [ ]
            // }
        } catch (JsonProcessingException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

序列化时的注意事项与最佳实践

循环引用：如果对象之间存在循环引用（A对象包含B对象，B对象又引用了A对象），直接序列化会导致无限递归，最终引发栈溢出错误，大多数JSON库会抛出异常或生成不完整的结果,解决方法包括：
- 序列化前暂时断开循环引用。
- 使用支持处理循环引用的库（如Python的orjson，或Java Jackson的@JsonIdentityInfo注解）。
- 重新设计数据结构,避免循环引用。
数据类型兼容性：确保要序列化的数据类型是JSON标准支持的，Python中的datetime对象、Java中的Date对象等，默认