JSON：什么是JSON、数据结构及工作原理

什么是JSON？

JSON是一种基于JavaScript语法的文本格式，用于表示结构化数据。尽管源于JavaScript，该格式完全独立于语言——所有流行的编程语言都有相应的解析器和序列化器。

JSON的历史始于21世纪初，当时Douglas Crockford提取了JavaScript语法的一个子集用于数据交换。2013年，该格式被标准化为ECMA-404，后来成为ISO/IEC 21778:2017。名称代表JavaScript Object Notation。

JSON的主要优势在于其极简的语法。描述数据只需使用六种类型：字符串、数字、布尔值、null、数组和对象。这足以表示应用程序中使用的任何数据结构。

JSON的使用场景

• REST API — 服务器和客户端之间请求和响应的主要格式
• 配置文件 — package.json、tsconfig.json、.prettierrc
• 数据库 — MongoDB、PostgreSQL（JSONB）、Firebase Firestore
• 移动应用 — 存储设置、数据缓存
• Web技术 — WebSocket、Server-Sent Events、localStorage

JSON语法和数据类型

JSON语法极为简单：数据以键值对的形式表示，其中键是双引号内的字符串，值是六种基本类型之一。对象用花括号括起来，数组用方括号括起来。字符串必须使用双引号，单引号不允许使用。

JSON中的数字可以是整数或浮点数、正数或负数，可以用指数表示法。布尔值用true和false表示，空值用null表示。数组包含任意类型值的有序集合，包括嵌套的数组和对象。

{
  "name": "JSON",
  "type": "text",
  "version": 2024,
  "flexible": true,
  "extensions": null,
  "languages": [
    "JavaScript",
    "Python",
    "Java"
  ],
  "nested": {
    "info": "嵌套支持"
  }
}

REST API中的JSON

JSON是移动和Web开发中REST API的主要数据交换格式。服务器在响应体中发送JSON，客户端在请求体中发送JSON。JSON的标准Content-Type标头是application/json。

现代REST API使用JSON传输所有类型的数据：从简单的列表到具有实体间关系的复杂嵌套结构。客户端库（例如JavaScript中的Axios或Android上的Retrofit）会自动序列化和反序列化JSON，使开发人员无需手动解析。

JSON在REST API中的一个重要优势是通过请求参数进行部分数据传输（partial response）的能力，以及无需额外服务器请求即可支持嵌套资源。

移动平台上的JSON解析

JSON解析在移动平台上使用内置工具完成。Android使用Google的Gson或Square的Moshi库，iOS使用带有JSONDecoder的Codable协议。每个平台都提供了方便的JSON与原生对象之间相互转换的工具。

Android上的JSON（Kotlin）

在Android上，使用Gson或Moshi的方法很流行。只需定义带有@SerializedName注释的data class并调用fromJson进行反序列化即可。库会自动将JSON中的字段名与类的字段匹配。

import com.google.gson.Gson
import com.google.gson.annotations.SerializedName

data class User(
    @SerializedName("id") val id: Int,
    @SerializedName("name") val name: String,
    @SerializedName("email") val email: String
)

fun parseJson(jsonString: String): User {
    val gson = Gson()
    return gson.fromJson(jsonString, User::class.java)
}

iOS上的JSON（Swift）

在iOS上，使用内置的Codable协议和JSONDecoder。数据结构被声明为带有Codable协议的struct，然后JSON通过一行代码解析。JSONEncoder执行反向序列化——将对象转换为JSON以发送到服务器。

import Foundation

struct User: Codable {
    let id: Int
    let name: String
    let email: String
}

func parseJSON(from data: Data) throws -> User {
    let decoder = JSONDecoder()
    return try decoder.decode(User.self, from: data)
}

JSON vs XML：格式比较

JSON和XML是传输结构化数据的两种主要格式。JSON在简单性和性能方面胜出，XML在严格性和验证方面胜出。它们之间的选择取决于项目需求：对于REST API通常选择JSON，对于带有架构的复杂文档选择XML。

XML要求每个元素都有闭合标签，这使得数据大小比JSON大2-3倍。同时，XML支持命名空间、XSD架构、属性和XSLT转换，这使其在文档流和企业系统集成任务中更加强大。

JSON使用示例

示例展示了移动开发中JSON的典型操作：解析API响应、创建用于发送的JSON以及处理嵌套结构。理解这些模式对于每个移动应用开发人员来说都是必不可少的。

对象序列化为JSON

在JavaScript中，JSON.stringify将对象转换为JSON字符串。第二个参数可以是键数组用于选择性序列化，也可以是替换函数。第三个参数设置格式化的缩进。

interface Order {
  id: string;
  items: OrderItem[];
  total: number;
  createdAt: string;
}

const order: Order = {
  id: 'ord_001',
  items: [{ product: 'phone', quantity: 2 }],
  total: 1599.98,
  createdAt: '2026-07-03T10:00:00Z'
};

const jsonString = JSON.stringify(order, null, 2);

解析嵌套JSON

在Kotlin中使用Moshi库，嵌套的JSON对象通过嵌套的data classes处理。@Json注释指示JSON中的字段名（如果与类的属性名不同）。数组表示为List，带有元素类型。

import com.squareup.moshi.Moshi
import com.squareup.moshi.kotlin.reflect.KotlinJsonAdapterFactory

data class ApiResponse(
    val status: String,
    val data: List<Product>,
    val pagination: Pagination
)

data class Product(
    val id: Int,
    val title: String,
    val price: Double
)

data class Pagination(
    val page: Int,
    val total: Int
)

val moshi = Moshi.Builder()
    .add(KotlinJsonAdapterFactory())
    .build()

JSON Schema：结构验证

JSON Schema是一种描述JSON文档结构的语言，类似于XML的XSD。使用JSON Schema可以设置必填字段、数据类型、值范围、字符串模式和嵌套结构。根据架构进行验证可以在数据在应用程序中处理之前检测数据错误。

JSON Schema广泛用于OpenAPI（Swagger）以文档化REST API、在输入验证表单和测试中。架构文件本身是一个JSON文档，允许使用标准JSON解析器读取它。所有流行的编程语言都有在线验证器和库。

在移动开发中，JSON Schema用于在测试阶段验证服务器的响应以及检查配置文件。诸如Android上的network-validator和json-schema-validator之类的库允许将验证直接嵌入开发过程中，从而在早期阶段防止错误。