JSON简介

摘要

　　XML——这种用于表示客户端与服务器间数据交换有效负载的格式，几乎已经成了Web services的同义词。然而，由于Ajax和REST技术的出现影响了应用程序架构，这迫使人们开始寻求`XML的替代品，如：JavaScript Object Notation（JSON）。

　　JSON 作为一种更轻、更友好的 Web services客户端的格式（多采用浏览器的形式或访问 REST风格 Web服务的Ajax应用程序的形式）引起了 Web 服务供应商的注意。

　　本文将阐述JSON在Web services设计中备受推崇的原因，以及它作为XML替代方案的主要优势和局限性。文中还会深入探讨：随着相应的Web 服务客户端选择使用JSON，如何才能便捷地在Java Web services中生成JSON输出。

XML的十字路口: 浏览器和 Ajax

　　XML设计原理已经发布了将近十年。时至今日，这种标记语言已经在广阔的软件应用领域中占据了主导地位。从Java、.NET等主流平台中的配置和部署描述符到应用集成场景中更复杂的应用，XML与生俱来的语言无关性使之在软件架构师心目中占据着独特的地位。但即便最著名的XML权威也不得不承认：在某些环境中，XML的使用已经超出了它自身能力的极限。

　　围绕Ajax原理构建的那些Web应用程序最能说明XML的生存能力，从这一点来看，一种新的有效负载格式的发展壮大也得益于XML。这种新的有效负载格式就是JavaScript Object Notation (JSON)。在探索这种新的标记语言的复杂性之前，首先来分析一下在这种独特的设计形式中，XML具有哪些局限性。

　　Ajax建立了一个用于从远程Web services发送和接收数据的独立信道，从而允许Web程序执行信道外（out-of-band）客户端/服务器调用。通俗地说，Ajax程序中的更新和导航序列在典型的客户端/服务器环境之外完成，在后台（即信道外）接受到信息后，必须进行一次完整的屏幕刷新。更多背景信息，请参阅David Teare的 Ajax简介（Dev2Dev）。

　　这些应用程序更新通常是通过REST风格（RESTful）Web services获得的，一旦被用户的浏览器接收到，就需要整合到HTML页面的总体布局之中，这正是XML发挥强大力量的场合。尽管近年来，脚本语言支持和插件支持已使大多数主流浏览器的功能得到了强化，但许多编程任务依然难于开展，其中之一就是操纵或处理文本，这通常是使用DOM实现的。

　　采用DOM的复杂性源于其基于函数的根，这使得对数据树的简单修改或访问都需要进行无数次方法调用。此外，众所周知，DOM在各种浏览器中的实现细节不尽相同，这一过程将带来极为复杂的编程模式，其跨浏览器兼容性出现问题的可能性极大。接下来的问题显而易见，那就是：如何使一种标记语言轻松集成到HTML页面中以满足Ajax的要求？

　　问题的答案就是：利用所有主流浏览器中的一种通用组件——JavaScript引擎。XML需要使用DOM之类的机制来访问数据并将数据整合到布局之中，采用这种方法，我们不再使用像XML这样的格式来交付Ajax更新，而是采用一种更为简单直观的方式，采用JavaScript引擎自然匹配的格式——也就是JSON。

　　既然已经明确了JSON与XML和Ajax之间的关系，下面将进一步探讨JSON背后的技术细节。

JSON剖析：优点和不足

　　对于JSON，首先要明白JSON和XML一样也是一种简单文本格式。相对于XML，它更加易读、更便于肉眼检查。在语法的层面上，JSON与其他格式的区别是在于分隔数据的字符，JSON中的分隔符限于单引号、小括号、中括号、大括号、冒号和逗号。下图是一个JSON有效负载：

{"addressbook": {"name": "Mary Lebow",
    "address": {
        "street": "5 Main Street"
        "city": "San Diego, CA",
        "zip": 91912,
    },
    "phoneNumbers": [
        "619 332-3452",
        "664 223-4667"
    ]
 }
}

　　将上面的JSON有效负载用XML改写，如下：

<addressbook>
 <name>Mary Lebow</name>
 <address> 
    <street>5 Main Street</street>
    <city zip="91912"> San Diego, CA </city>
    <phoneNumbers>
      <phone>619 332-3452</phone>
      <phone>664 223-4667</phone>
    </phoneNumbers>
 </address>
</addressbook>

　　是不是很相似？但它们并不相同。下面将详细阐述采用JSON句法的优点和不足。

优点

　　乍看上去，使用JSON的数据分隔符的优点可能并不那么明显，但存在一个根本性的缘由：它们简化了数据访问。使用这些数据分隔符时， JavaScript引擎对数据结构（如字符串、数组、对象）的内部表示恰好与这些符号相同。

　　这将开创一条比DOM技术更为便捷的数据访问途径。下面列举几个JavaScript代码片段来说明这一过程，这些代码片段会访问先前的JSON代码片段中的信息：

• 访问JSON中的名称： addressbook.name
• 访问JSON中的地址： addressbook.address.street
• 访问JSON中的电话号码第一位：addressbook.address.phoneNumbers[0]

　　如果您具备DOM编程经验，就能很快地看出区别；新手可以参看 Document Object Model 的这一外部资源，这里提供了关于数据导航的实例。

　　JSON的另一个优点是它的非冗长性。在XML中，打开和关闭标记是必需的，这样才能满足标记的依从性；而在JSON中，所有这些要求只需通过一个简单的括号即可满足。在包含有数以百计字段的数据交换中，传统的XML标记将会延长数据交换时间。目前还没有正式的研究表明JSON比XML有更高的线上传输效率；人们只是通过简单的字节数比较发现，对于等效的JSON和XML有效负载，前者总是小于后者。至于它们之间的差距有多大，特别是在新的XML压缩格式下它们的差距有多大，有待进一步的研究。

　　此外，JSON受到了擅长不同编程语言的开发人员的青睐。这是因为无论在Haskell中或 Lisp中，还是在更为主流的C#和PHP中，开发都可以方便地生成JSON（详见 参考资料）。

不足

　　和许多好东西都具有两面性一样，JSON的非冗长性也不例外，为此JSON丢失了XML具有的一些特性。命名空间允许不同上下文中的相同的信息段彼此混合，然而，显然在JSON中已经找不到了命名空间。JSON与XML的另一个差别是属性的差异，由于JSON采用冒号赋值，这将导致当XML转化为JSON时，在标识符（XML CDATA）与实际属性值之间很难区分谁应该被当作文本考虑。

　　另外，JSON片段的创建和验证过程比一般的XML稍显复杂。从这一点来看，XML在开发工具方面领先于JSON。尽管如此，为了消除您对这一领域可能存在的困惑，下节将介绍一些最为成熟的JSON开发。

从Web services生成JSON输出

　　既然JSON的首要目标是来自浏览器的信道外请求，那么我们选择REST风格（RESTful）Web服务来生成这些数据。除了用典型业务逻辑探究Web服务之外，还将采用特定的API把本地Java结构转化为JSON格式（详见 参考资料）。首先，下面的Java代码用来操纵Address对象：

// Create addressbook data structure
SortedMap addressBook = new TreeMap();

// Create new address entries and place in Map 
// (See download for Address POJO structure)
Address maryLebow = new Address("5 Main Street","San Diego, CA",91912,"619-332-3452","664-223-4667"); 
addressBook.put("Mary Lebow",maryLebow);

Address amySmith = new Address("25 H Street","Los Angeles, CA",95212,"660-332-3452","541-223-4667"); 
addressBook.put("Sally May",amySmith);

Address johnKim = new Address("2343 Sugarland Drive","Houston, TX",55212,"554-332-3412","461-223-4667"); 
addressBook.put("John Kim",johnKim);

Address richardThorn = new Address("14 68th Street","New York, NY",,12452,"212-132-6182","161-923-4001"); 
addressBook.put("Richard Thorn",richardThorn);

　　该Java结构在哪里生成并不重要（可能是在JSP、Servlet、EJB或POJO中生成），重要的是，在REST风格Web 服务中有权使用这些数据。如下示：

// Define placeholder for JSON response
String result = new String();

// Get parameter (if any) passed into application 
String from = request.getParameter("from");
String to = request.getParameter("to");

try { 
    // Check for parameters, if passed filter address book 
    if(from != null && to != null) { 
      // Filter address book by initial 
      addressBook = addressBook.subMap(from,to);
    } 

   // Prepare the convert addressBook Map to JSON array 
   // Array used to place numerous address entries 
   JSONArray jsonAddressBook = new JSONArray();
 
   // Iterate over filtered addressBook entries 
   for (Iterator iter = addressBook.entrySet().iterator(); iter.hasNext();)  { 

     // Get entry for current iteration        
     Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next();
     String key = (String)entry.getKey();
     Address addressValue = (Address)entry.getValue();

     // Place entry with key value assigned to "name" 
     JSONObject jsonResult = new JSONObject();
     jsonResult.put("name",key);

     // Get and create address structure corresponding to each key 
     // appending address entry in JSON format to result 
     String streetText = addressValue.getStreet();
     String cityText = addressValue.getCity();
     int zipText = addressValue.getZip();
     JSONObject jsonAddress = new JSONObject();
     jsonAddress.append("street",streetText);
     jsonAddress.append("city",cityText);
     jsonAddress.append("zip",zipText);
     jsonResult.put("address",jsonAddress);

     // Get and create telephone structure corresponding to each key 
     // appending telephone entries in JSON format to result 
     String telText = addressValue.getTel();
     String telTwoText = addressValue.getTelTwo();
     JSONArray jsonTelephones = new JSONArray();
     jsonTelephones.put(telText);
     jsonTelephones.put(telTwoText);
     jsonResult.put("phoneNumbers",jsonTelephones);


     // Place JSON address entry in global jsonAddressBook 
     jsonAddressBook.put(jsonResult);
   } // end loop over address book 

     // Assign JSON address book to result String  
     result = new JSONObject().put("addressbook",jsonAddressBook).toString();

  } catch (Exception e) { 
     // Error occurred      
  }

　　为了便于说明，我们已将这段代码将置入JSP（restservice.jsp)中。如果它真是一段程序，那么类似这样的代码也会出现在servlet或helper类中。 REST风格Web服务首先提取两个通过URL请求传递给它的输入参数，根据这些值过滤现有的地址簿以适应请求。过滤过地址簿后，即可开始循环检查Java映射中的每个条目。

　　您会注意到，在循环内部，json.org API被广泛用于将本地Java格式转化为JSON字符串。虽然仅使用了少量类（即JSONArray和JSONObject），但API提供的转换方法相当广泛，甚至能将XML结构转换成JSON输出。但回到我们的Web服务，一旦循环遍历了所有条目，那么变量“result”会包含准备返回给请求方的地址簿的JSON同等部分。

　　既然已经生成了JSON输出，下面来看看等式的另一边：浏览器应用程序中JSON有效负载的使用。

JSON有效负载的使用

　　作为基于浏览器的客户端，我们的设计中大部分工作都是在HTML、JavaScript加上附加的JavaScript 框架下完成的。例如利用Prototype库轻松创建跨浏览器样式的Ajax调用。下面的清单包含了我们的应用程序的第一部分，以及相应的JavaScript函数。

<html> 
<head> 
<title> JSON Address Book </title> 
<script type="text/javascript" src="prototype-1.4.0.js"></script> 
<script type="text/javascript"> 
// Method invoked when user changes letter range
function searchAddressBook()	{

  // Select values from HTML select lists
  var fromLetter = $F('fromLetter');
  var toLetter = = $F('toLetter');

  // Prepare parameters to send into REST web service
  var pars = 'from=' + fromLetter + '&to=' + toLetter;
  // Define REST web service URL 
  var url = 'restservice.jsp';

  // Make web service Ajax request via prototype helper, 
  // upon response, call showResponse method		
  new Ajax.Request( url, { method: 'get', parameters: pars, 
                           onComplete: showResponse });
}

</script> 
</head>

　　首先导入了prototype库，该库用于促进对REST风格Web服务的Ajax调用。接下来是searchAddressBook()函数，当用户修改其下所示的HTML选择列表时，将会触发此函数。该函数被触发后，用户将会获得HTML选择列表中已选中的选项，并将其放入两个用于过滤地址簿的变量中，随后定义一个指向REST风格服务URL restservice.jsp的附加变量。

　　此方法中还包括借助原型函数new Ajax.Request( url, { method: 'get', parameters: pars, onComplete: showResponse }); 的实际Ajax Web服务调用；表明了对相关URL的一个请求，其请求参数包含在pars中；最后一旦Ajax请求终止，即执行showResponse()。

　　下面以showResponse()为例说明用于评估JSON有效负载并将其放入HTML主体布局环境中的的必要代码。

// Method invoked when page receives Ajax response from REST web service 
function showResponse(originalRequest)	{
   // Get JSON values 
   jsonRaw = originalRequest.responseText;
   // Eval JSON response into variable 
   jsonContent = eval("(" + jsonRaw + ")");

   // Create place holder for final response    
   finalResponse = "<b>" + jsonContent.addressbook.length + 
                   " matches found in range</b><br/>";

   // Loop over address book length.
   for (i = 0; i < jsonContent.addressbook.length; i++) {
        finalResponse += "<hr/>";
        finalResponse += "<i>Name:</i> " + jsonContent.addressbook[i].name + "<br/>";          
        finalResponse += "<i>Address:</i> " + jsonContent.addressbook[i].address.street + " -- " + 
                          jsonContent.addressbook[i].address.city + "," +           
                          jsonContent.addressbook[i].address.zip + ".<br/>";          
        finalResponse += "<i>Telephone numbers:</i> " + jsonContent.addressbook[i].phoneNumbers[0] + " & " + 
        jsonContent.addressbook[i].phoneNumbers[1] + ".";          
   }

   // Place formatted finalResponse in div element
   document.getElementById("addressBookResults").innerHTML = finalResponse;
 }

　　此方法的输入参数是REST风格Web服务在调用时返回的响应。既然预先已经知道需要处理JSON字符串，那么可以利用JavaScript eval()函数，将这个JSON字符串放入内存，并允许数据访问，正是这样的简便性促使开发人员使用JSON。完全不需要进行解析，一个简单的eval()即可得到JavaScript结构，我们可以像操纵其他任何JavaScript结构一样地去操纵它。

　　一旦JSON响应经过eval处理，将创建一个JavaScript循环来提取每个地址条目，并将各个匹配项放入一个名为finalResponse的容器变量中。而这个容器变量本身包含所有必要的格式，用于在页面布局中显示最终地址簿。循环结束时，匹配项也通过document.getElementById("addressBookResults").innerHTML放置完毕。

　　最后，为了保持完整，页面的实际布局由这些代码组成：

<body> 
<h4 style="text-align:left">Request address book matches:</h4>
<table style="text-align:left" cellpadding="15"><tr><td valign="top">From:<br/>
<select id="fromLetter" size="15" onchange="searchAddressBook()">
	<option>A</option>
	...
	<option>Z</option>
</select>
</td><td valign="top">To:<br/>
<select id="toLetter" size="15" onchange="searchAddressBook()">
	<option>A</option>
	...
	<option>Z</option>
</select>
</td><td valign="top">
<h5> Results </h5> 
<div style="text-align:left" id="addressBookResults">Please select range</div>
</td></tr>
</table>
</body> 

　　上面的代码清单中最值得一提的是HTML选择列表，因为修改触发器Java程序需要调用信道外Ajax请求。其次，<div>元素就是放置格式化后的JSON响应的地方。                                                                          

JSON适合您吗

　　就像在软件设计中编程语言的选择一样，JSON的选择与否取决于您自身的需求。如果Web services使用者将在传统、功能完备的编程环境（如Java 、.NET、PHP、Ruby等）中创建，那么完全可以不使用JSON。给定大多数编程语言环境的无限制能力可提供完整的配置控制权（更不必说对定制库、分析器或helper类的访问），那么JSON与XML及其他Web services有效载荷之间的差别可以忽略不计。

　　反之，如果Web services使用者被限制在浏览器环境之外，那么JSON是值得认真考虑的对象。 在浏览器中使用Web services并非兴趣使然，而是实际业务需求。如果这时需要一个加载数据时不会出现延迟/刷新的“漂亮的Web 2.0界面”， 就不得不在浏览器中嵌入Ajax和Web services技术。

　　在这种情况下，您不仅受限于通过网络访问处理环境，而且还会受到随机用户的限制，迫使经验丰富的开发人员用最普遍的工具在浏览器中处理文本，例如：前述的DOM，与访问JSON树相比，DOM使用起来非常困难。

示例代码

　　您可下载与本文相关的代码。

• json_addressbook.zip ——示例代码和实用工具

　　安装之前先解压下载得到的文件，将addressbook.html,prototype-1.4.0.js和restservice.jsp放入任意程序的目录下。将内含的json.jar复制到所选程序的/WEB-INF/lib目录下。访问<yourhost>/<yourappdir>/addressbook.html，并在HTML列表中进行选择。一切就绪，可以运行JSON了！

结束语

　　尽管 “Ajax”中的“x”代表XML，Web services也通过坚持使用XML格式而成为主流，但这并不意味着这种方式无懈可击。在文本处理方面，XML在Ajax程序的应用中已经暴露出一些缺点。在这种情形下，JSON逐渐成为引人注目的XML替代方案。

　　通过对JSON语法优缺点的论述，以及对如何从REST风格Web services创建JSON输出、如何将其嵌入Web页面布局等问题的介绍，您现在应该能够为最终用户提供支持JSON的Web services，接触当前提供的大量利用这一极具前途的格式的Web services。

参考资料

• Ajax简介（David Teare，Dev2Dev，2005年8月）——介绍Ajax的相关技术背景
• JSON in Java ——介绍使用Java API将本地Java结构转换成JSON输出
• Prototype ——介绍用于创建Ajax应用程序的JavaScript框架
• JSON.org ——JSON主页，其中包含可生成JSON的各种语言库的资源和链接

作者简介
	Daniel Rubio 是一名软件顾问，具有十余年的企业软件开发经验。近期，他创办了Mashup Soft公司，开始专攻为Mashup使用Web services的有关方面。