JSON概述

在Python中，我们可以将程序中的数据以JSON格式进行保存。JSON是“JavaScript Object Notation”的缩写，它本来是JavaScript语言中创建对象的一种字面量语法，目前已经被广泛的应用于跨语言跨平台的数据交换。使用JSON的缘由超级简单，由于它结构紧凑而且是纯文本，任何操作系统和编程语言都能处理纯文本，这就是实现跨语言跨平台数据交换的前提条件。目前JSON基本上已经取代了XML（可扩展标记语言）作为异构系统间交换数据的实际标准。可以在JSON的官方网站找到更多关于JSON的知识，这个网站还提供了每种语言处理JSON数据格式可以使用的工具或三方库。

{
  "name": "张三",
  "age": 30,
  "is_student": False,
  "courses": ["数学", "英语", "计算机"],
  "address": {
    "street": "人民路123号",
    "city": "北京"
  }
}

在JSON中使用的数据类型（JavaScript数据类型）和Python中的数据类型也是很容易找到对应关系的，大家可以看看下面的两张表。

表1：JavaScript数据类型（值）对应的Python数据类型（值）

表2：Python数据类型（值）对应的JavaScript数据类型（值）

python 中json模块有四个比较重大的函数，分别是：

• dump – 将Python对象按照JSON格式序列化到文件中
• dumps – 将Python对象处理成JSON格式的字符串
• load – 将文件中的JSON数据反序列化成对象
• loads – 将字符串的内容反序列化成Python对象

1. 基本JSON操作

import json

# Python字典数据
data = {
    "name": "张三",
    "age": 30,
    "is_student": False,
    "courses": ["数学", "英语", "计算机"],
    "address": {
        "street": "人民路123号",
        "city": "北京"
    }
}

# 将Python对象转换为JSON字符串
json_string = json.dumps(data, indent=4, ensure_ascii=False)
print("JSON字符串:")
print(json_string)


# 将JSON字符串保存到文件
with open('data.json', 'w', encoding='utf-8') as f:
    json.dump(data, f, indent=4, ensure_ascii=False)

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

print("
从文件加载的数据:")
print(loaded_data)

2、复杂数据类型处理

import json
from datetime import datetime

# 包含复杂数据类型的Python对象
complex_data = {
    "timestamp": datetime.now(),
    "set_data": {1, 2, 3},
    "custom_object": type('CustomClass', (), {'attr': 'value'})
}

# 自定义JSON编码器处理复杂类型
class ComplexEncoder(json.JSONEncoder):
    def default(self, obj):
        if isinstance(obj, datetime):
            return obj.isoformat()
        elif isinstance(obj, set):
            return list(obj)
        elif hasattr(obj, '__dict__'):
            return obj.__dict__
        return super().default(obj)

# 序列化复杂对象
json_string = json.dumps(complex_data, cls=ComplexEncoder, indent=2)
print("复杂对象JSON:")
print(json_string)

3. JSON配置文件管理

import json
import os

# 配置文件路径
CONFIG_FILE = 'config.json'

# 默认配置
default_config = {
    "app_name": "MyApp",
    "version": "1.0",
    "settings": {
        "theme": "dark",
        "language": "zh-CN",
        "auto_update": True
    }
}

# 检查并创建配置文件
if not os.path.exists(CONFIG_FILE):
    with open(CONFIG_FILE, 'w', encoding='utf-8') as f:
        json.dump(default_config, f, indent=4)
    print("已创建默认配置文件")

# 读取配置文件
with open(CONFIG_FILE, 'r', encoding='utf-8') as f:
    config = json.load(f)

print("当前配置:")
print(json.dumps(config, indent=4, ensure_ascii=False))

# 修改并保存配置
config['settings']['theme'] = 'light'
config['version'] = '1.1'

with open(CONFIG_FILE, 'w', encoding='utf-8') as f:
    json.dump(config, f, indent=4)

print("
配置已更新")

4. 处理JSON API响应

import json
import urllib.request
from pprint import pprint

# 从API获取JSON数据
def fetch_json_data(url):
    with urllib.request.urlopen(url) as response:
        data = json.loads(response.read().decode('utf-8'))
    return data

# 示例API (JSONPlaceholder)
api_url = "https://jsonplaceholder.typicode.com/users/1"

try:
    user_data = fetch_json_data(api_url)
    print("从API获取的用户数据:")
    pprint(user_data)
    
    # 保存到本地
    with open('user_data.json', 'w', encoding='utf-8') as f:
        json.dump(user_data, f, indent=2, ensure_ascii=False)
    
    print("
数据已保存到 user_data.json")
except Exception as e:
    print(f"获取数据时出错: {e}")

5. JSON数据验证

import json
from jsonschema import validate, ValidationError

# JSON数据
user_data = {
    "id": 1,
    "name": "John Doe",
    "email": "john@example.com",
    "age": 30
}

# JSON Schema定义
schema = {
    "type": "object",
    "properties": {
        "id": {"type": "number"},
        "name": {"type": "string"},
        "email": {"type": "string", "format": "email"},
        "age": {"type": "number", "minimum": 18}
    },
    "required": ["id", "name", "email"]
}

# 验证JSON数据
try:
    validate(instance=user_data, schema=schema)
    print("JSON数据验证通过")
except ValidationError as e:
    print(f"验证错误: {e}")

包管理工具pip

Python标准库中的json模块在数据序列化和反序列化时性能并不是超级理想，为了解决这个问题，可以使用三方库ujson来替换json。所谓三方库，是指非公司内部开发和使用的，也不是来自于官方标准库的Python模块，这些模块一般由其他公司、组织或个人开发，所以被称为三方库。虽然Python语言的标准库虽然已经提供了诸多模块来方便我们的开发，但是对于一个强劲的语言来说，它的生态圈必定也是超级繁荣的。

之前安装Python解释器时，默认情况下已经勾选了安装pip，大家可以在命令提示符或终端中通过pip –version来确定是否已经拥有了pip。pip是Python的包管理工具，通过pip可以查找、安装、卸载、更新Python的三方库或工具，macOS和Linux系统应该使用pip3。例如要安装替代json模块的ujson，可以使用下面的命令。

pip install ujson

在默认情况下，pip会访问https://pypi.org/simple/来获得三方库相关的数据，但是国内访问这个网站的速度并不是十分理想，因此国内用户可以使用豆瓣网提供的镜像来替代这个默认的下载源，操作如下所示。

可以通过pip search命令根据名字查找需要的三方库，可以通过pip list命令来查看已经安装过的三方库。如果想更新某个三方库，可以使用pip install -U或pip install –upgrade；如果要删除某个三方库，可以使用pip uninstall命令。

1、搜索ujson三方库

pip search ujson

pip index versions ujson （Python 3.10+查看可用的版本）

2、查看已经安装的三方库

pip list

3、更新ujson三方库

pip install -U ujson

4、删除ujson三方库

pip uninstall -y ujson

提示：如果要更新pip自身，对于macOS系统来说，可以使用命令pip install -U pip。在Windows系统上，可以将命令替换为python -m pip install -U –user pip。