JSON是什么？

JSON 全称“JavaScript Object Notation”，译为“JavaScript 对象简谱”或“JavaScript 对象表示法”，是一种轻量级的、基于文本的、开放的数据交换格式。JSON 在 Web 开发领域有着举足轻重的地位，如果您想在 Web 开发领域大展身手的话，就必须了解 JSON。

数据交换是指，两个设备之间建立连接并互相传递数据的过程。

尽管 JSON 的名称中包含“JavaScript”，但它并不是只能在 JavaScript 中使用，大多数编程语言都支持 JSON（有些本身就支持，有些可以通过第三方库得到支持），例如 JavaScript、Java、PHP、Python、C++ 等。

什么是 JSON？

JSON 是一种纯字符串形式的数据，它本身不提供任何方法（函数），非常适合在网络中进行传输。JavaScript、PHP、Java、Python、C++ 等编程语言中都内置了处理 JSON 数据的方法。

JSON 是基于 JavaScript（Standard ECMA-262 3rd Edition - December 1999）的一个子集，是一种开放的、轻量级的数据交换格式，采用独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据，易于程序员阅读与编写，同时也易于计算机解析和生成，通常用于在 Web 客户端（浏览器）与 Web 服务器端之间传递数据。

在 JSON 中，使用以下两种方式来表示数据：

Object（对象）：键/值对（名称/值）的集合，使用花括号 { } 定义。在每个键/值对中，以键开头，后跟一个冒号:，最后是值。多个键/值对之间使用逗号, 分隔，例如{"name":"C语言中文网","url":"http://c.biancheng.net"}；
Array（数组）：值的有序集合，使用方括号 [ ] 定义，数组中每个值之间使用逗号, 进行分隔。

下面展示了一个简单的 JSON 数据：

{
    "Name":"C语言中文网",
    "Url":"http://c.biancheng.net/",
    "Tutorial":"JSON",
    "Article":[
        "JSON 是什么？",
        "JSONP 是什么？",
        "JSON 语法规则"
    ]
}

JSON 发展史

2000 年初，Douglas Crockford（道格拉斯·克罗克福特）发明了 JSON，并从 2001 年开始推广使用。同年 4 月，位于旧金山湾区某车库的一台计算机发出了首个 JSON 格式的数据，这是计算机历史上的重要时刻。

图：道格拉斯·克罗克福特

2005-2006 年，JSON 正式成为主流的数据格式，雅虎、谷歌等知名网站开始广泛使用 JSON 格式。

2013 年，ECMA International（欧洲计算机制造商协会）制定了 JSON 的语法标准——ECMA-404。

经过 20 年左右的发展，JSON 已经替代了 XML，成为了 Web 开发中首选的数据交换格式。

为什么要使用 JSON？

JSON 并不是唯一能够实现在互联网中传输数据的方式，除此之外还有一种 XML 格式。JSON 和 XML 能够执行许多相同的任务，那么我们为什么要使用 JSON，而不是 XML 呢？

之所以使用 JSON，最主要的原因是 JavaScript。众所周知，JavaScript 是 Web 开发中不可或缺的技术之一，而 JSON 是基于 JavaScript 的一个子集，JavaScript 默认就支持 JSON，而且只要您学会了 JavaScript，就可以轻松地使用 JSON，不需要学习额外的知识。

另一个原因是 JSON 比 XML 的可读性更高，而且 JSON 更加简洁，更容易理解。

与 XML 相比，JSON 具有以下优点：

结构简单、紧凑：与 XML 相比，JSON 遵循简单、紧凑的风格，有利于程序员编辑和阅读，而 XML 相对比较复杂；
更快：JSON 的解析速度比 XML 更快（因为 XML 与 HTML 很像，在解析大型 XML 文件时需要消耗额外的内存），存储同样的数据，JSON 格式所占的存储空间更小；
可读性高：JSON 的结构有利于程序员阅读。

JSON 的不足

任何事物都不可能十全十美，JSON 也不例外，比如：

只有一种数字类型：JSON 中只支持 IEEE-754 双精度浮点格式，因此您无法使用 JSON 来存储许多编程语言中多样化的数字类型；
没有日期类型：在 JSON 中您只能通过日期的字符串（例如：1970-01-01）或者时间戳（例如：1632366361）来表示日期；
没有注释：在 JSON 中无法添加注释；
冗长：虽然 JSON 比 XML 更加简洁，但它并不是最简洁的数据交换格式，对于数据量庞大或用途特殊的服务，您需要使用更加高效的数据格式。

JSON 应该如何存储？

JSON 数据可以存储在 .json 格式的文件中（与 .txt 格式类似，都属于纯文本文件），也可以将 JSON 数据以字符串的形式存储在数据库、Cookie、Session 中。

要使用存储好的 JSON 数据也非常简单，不同的编程语言中提供了不同的方法来检索和解析 JSON 数据，例如 JavaScript 中的 JSON.parse() 和 JSON.stringify()、PHP 中的 json_decode() 和 json_encode()。

什么时候会使用 JSON

简单了解了 JSON 之后，我们再来看看什么时候适合使用 JSON。

1) 定义接口

JSON 使用最多的地方莫过于 Web 开发领域了，现在的数据接口基本上都是返回 JSON 格式的数据，比如：

使用 Ajax 异步加载的数据；
RPC 远程调用；
前后端分离，后端返回的数据；
开发 API，例如百度、高德的一些开放接口。

这些接口一般都会提供一个接口文档，说明接口调用的方法、需要的参数以及返回数据的介绍等。

2) 序列化

程序在运行时所有的变量都是存储在内存中的，如果程序重启或者服务器宕机，这些数据就会丢失。一般情况下运行时变量并不是很重要，丢了就丢了，但有些数据则需要保存下来，供下次程序启动或其它程序使用。

我们可以将这些数据保存到数据库中，也可以保存到一个文件中，这个将内存中数据保存起来的过程称为序列化。序列化在 Python 中称为 pickling，在其他语言中也被称为 serialization、marshalling、flattening 等等，都是一个意思。

通常情况下，序列化是将程序中的对象直接转换为可保存或者可传输的数据，但这样会保存对象的类型信息，无法做到跨语言使用，例如我们使用 Python 将数据序列化到硬盘，然后使用 Java 来读取这份数据，这时由于不同编程语言的数据类型不同，就会造成读取失败。如果在序列化之前，先将对象信息转换为 JSON 格式，则不会出现此类问题。

3) 生成 Token

Token 的形式多种多样，JSON、字符串、数字等都可以用来生成 Token，JSON 格式的 Token 最有代表性的是 JWT（JSON Web Tokens）。

随着技术的发展，分布式 Web 应用越来越普及，通过 Session 管理用户登录状态的成本越来越高，因此慢慢发展为使用 Token 做登录身份校验，然后通过 Token 去取 Redis 中缓存的用户信息。随着之后 JWT 的出现，校验方式变得更加简单便捷，无需再通过 Redis 缓存，而是直接根据 Token 读取保存的用户信息。

4) 配置文件

我们还可以使用 JSON 来作为程序的配置文件，最具代表型的是 npm（Node.js 的包管理工具）的 package.json 包管理配置文件，如下所示：

{
    "name": "server",
    "version": "0.0.0",
    "private": true,
    "main": "server.js",
    "scripts": {
        "start": "node ./bin/www"
    },
    "dependencies": {
        "cookie-parser": "~1.4.3",
        "debug": "~2.6.9",
        "express": "~4.16.0",
        "http-errors": "~1.6.2",
        "jade": "~1.11.0",
        "morgan": "~1.9.0"
    }
}

提示：虽然 JSON 可以用来定义配置文件，但由于 JSON 中不能添加注释，使得配置文件的可读性较差。

总结

JSON 是一种轻量级的数据交换格式，它是基于 JavaScript 的一个子集，采用完全独立于编程语言的格式来表示数据，可以跨语言、跨平台使用。简洁清晰的层次结构使得 JSON 逐渐替代了 XML，成为了最理想的数据交换格式，广泛应用于 Web 开发领域。