JSON簡介
摘要
XML——這種用于表示客戶端與服務器間數據交換有效負載的格式，幾乎已經成了Web services的同義詞。然而，由于Ajax和REST技術的出現影響了應用程序架構，這迫使人們開始尋求`XML的替代品，如：JavaScript Object Notation（JSON）。
JSON 作為一種更輕、更友好的 Web services客戶端的格式（多采用瀏覽器的形式或訪問 REST風格 Web服務的Ajax應用程序的形式）引起了 Web 服務供應商的注意。
本文將闡述JSON在Web services設計中備受推崇的原因，以及它作為XML替代方案的主要優勢和局限性。文中還會深入探討：隨著相應的Web 服務客戶端選擇使用JSON，如何才能便捷地在Java Web services中生成JSON輸出。
XML的十字路口: 瀏覽器和 Ajax
XML設計原理已經發布了將近十年。時至今日，這種標記語言已經在廣闊的軟件應用領域中占據了主導地位。從Java、.NET等主流平臺中的配置和部署描述符到應用集成場景中更復雜的應用，XML與生俱來的語言無關性使之在軟件架構師心目中占據著獨特的地位。但即便最著名的XML權威也不得不承認：在某些環境中，XML的使用已經超出了它自身能力的極限。
圍繞Ajax原理構建的那些Web應用程序最能說明XML的生存能力，從這一點來看，一種新的有效負載格式的發展壯大也得益于XML。這種新的有效負載格式就是JavaScript Object Notation (JSON)。在探索這種新的標記語言的復雜性之前，首先來分析一下在這種獨特的設計形式中，XML具有哪些局限性。
Ajax建立了一個用于從遠程Web services發送和接收數據的獨立信道，從而允許Web程序執行信道外（out-of-band）客戶端/服務器調用。通俗地說，Ajax程序中的更新和導航序列在典型的客戶端/服務器環境之外完成，在后臺（即信道外）接受到信息后，必須進行一次完整的屏幕刷新。更多背景信息，請參閱David Teare的 Ajax簡介（Dev2Dev）。
這些應用程序更新通常是通過REST風格（RESTful）Web services獲得的，一旦被用戶的瀏覽器接收到，就需要整合到HTML頁面的總體布局之中，這正是XML發揮強大力量的場合。盡管近年來，腳本語言支持和插件支持已使大多數主流瀏覽器的功能得到了強化，但許多編程任務依然難于開展，其中之一就是操縱或處理文本，這通常是使用DOM實現的。
采用DOM的復雜性源于其基于函數的根，這使得對數據樹的簡單修改或訪問都需要進行無數次方法調用。此外，眾所周知，DOM在各種瀏覽器中的實現細節不盡相同，這一過程將帶來極為復雜的編程模式，其跨瀏覽器兼容性出現問題的可能性極大。接下來的問題顯而易見，那就是：如何使一種標記語言輕松集成到HTML頁面中以滿足Ajax的要求？
問題的答案就是：利用所有主流瀏覽器中的一種通用組件——JavaScript引擎。XML需要使用DOM之類的機制來訪問數據并將數據整合到布局之中，采用這種方法，我們不再使用像XML這樣的格式來交付Ajax更新，而是采用一種更為簡單直觀的方式，采用JavaScript引擎自然匹配的格式——也就是JSON。
既然已經明確了JSON與XML和Ajax之間的關系，下面將進一步探討JSON背后的技術細節。
JSON剖析：優點和不足
對于JSON，首先要明白JSON和XML一樣也是一種簡單文本格式。相對于XML，它更加易讀、更便于肉眼檢查。在語法的層面上，JSON與其他格式的區別是在于分隔數據的字符，JSON中的分隔符限于單引號、小括號、中括號、大括號、冒號和逗號。下圖是一個JSON有效負載：
{"addressbook": {"name": "Mary Lebow",
"address": {
"street": "5 Main Street"
"city": "San Diego, CA",
"zip": 91912,
},
"phoneNumbers": [
"619 332-3452",
"664 223-4667"
]
}
}
將上面的JSON有效負載用XML改寫，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？但它們并不相同。下面將詳細闡述采用JSON句法的優點和不足。
優點
乍看上去，使用JSON的數據分隔符的優點可能并不那么明顯，但存在一個根本性的緣由：它們簡化了數據訪問。使用這些數據分隔符時， JavaScript引擎對數據結構（如字符串、數組、對象）的內部表示恰好與這些符號相同。
這將開創一條比DOM技術更為便捷的數據訪問途徑。下面列舉幾個JavaScript代碼片段來說明這一過程，這些代碼片段會訪問先前的JSON代碼片段中的信息：
- 訪問JSON中的名稱： addressbook.name
- 訪問JSON中的地址： addressbook.address.street
- 訪問JSON中的電話號碼第一位：addressbook.address.phoneNumbers[0]
如果您具備DOM編程經驗，就能很快地看出區別；新手可以參看 Document Object Model 的這一外部資源，這里提供了關于數據導航的實例。
JSON的另一個優點是它的非冗長性。在XML中，打開和關閉標記是必需的，這樣才能滿足標記的依從性；而在JSON中，所有這些要求只需通過一個簡單的括號即可滿足。在包含有數以百計字段的數據交換中，傳統的XML標記將會延長數據交換時間。目前還沒有正式的研究表明JSON比XML有更高的線上傳輸效率；人們只是通過簡單的字節數比較發現，對于等效的JSON和XML有效負載，前者總是小于后者。至于它們之間的差距有多大，特別是在新的XML壓縮格式下它們的差距有多大，有待進一步的研究。
此外，JSON受到了擅長不同編程語言的開發人員的青睞。這是因為無論在Haskell中或 Lisp中，還是在更為主流的C#和PHP中，開發都可以方便地生成JSON（詳見 參考資料）。
不足
和許多好東西都具有兩面性一樣，JSON的非冗長性也不例外，為此JSON丟失了XML具有的一些特性。命名空間允許不同上下文中的相同的信息段彼此混合，然而，顯然在JSON中已經找不到了命名空間。JSON與XML的另一個差別是屬性的差異，由于JSON采用冒號賦值，這將導致當XML轉化為JSON時，在標識符（XML CDATA）與實際屬性值之間很難區分誰應該被當作文本考慮。
另外，JSON片段的創建和驗證過程比一般的XML稍顯復雜。從這一點來看，XML在開發工具方面領先于JSON。盡管如此，為了消除您對這一領域可能存在的困惑，下節將介紹一些最為成熟的JSON開發。
從Web services生成JSON輸出
既然JSON的首要目標是來自瀏覽器的信道外請求，那么我們選擇REST風格（RESTful）Web服務來生成這些數據。除了用典型業務邏輯探究Web服務之外，還將采用特定的API把本地Java結構轉化為JSON格式（詳見 參考資料）。首先，下面的Java代碼用來操縱Address對象：
// 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);
該Java結構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風格Web 服務中有權使用這些數據。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
}
為了便于說明，我們已將這段代碼將置入JSP（restservice.jsp)中。如果它真是一段程序，那么類似這樣的代碼也會出現在servlet或helper類中。 REST風格Web服務首先提取兩個通過URL請求傳遞給它的輸入參數，根據這些值過濾現有的地址簿以適應請求。過濾過地址簿后，即可開始循環檢查Java映射中的每個條目。
您會注意到，在循環內部，json.org API被廣泛用于將本地Java格式轉化為JSON字符串。雖然僅使用了少量類（即JSONArray和JSONObject），但API提供的轉換方法相當廣泛，甚至能將XML結構轉換成JSON輸出。但回到我們的Web服務，一旦循環遍歷了所有條目，那么變量“result”會包含準備返回給請求方的地址簿的JSON同等部分。
既然已經生成了JSON輸出，下面來看看等式的另一邊：瀏覽器應用程序中JSON有效負載的使用。
JSON有效負載的使用
作為基于瀏覽器的客戶端，我們的設計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庫輕松創建跨瀏覽器樣式的Ajax調用。下面的清單包含了我們的應用程序的第一部分，以及相應的JavaScript函數。
<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>
首先導入了prototype庫，該庫用于促進對REST風格Web服務的Ajax調用。接下來是searchAddressBook()函數，當用戶修改其下所示的HTML選擇列表時，將會觸發此函數。該函數被觸發后，用戶將會獲得HTML選擇列表中已選中的選項，并將其放入兩個用于過濾地址簿的變量中，隨后定義一個指向REST風格服務URL restservice.jsp的附加變量。
此方法中還包括借助原型函數new Ajax.Request( url, { method: 'get', parameters: pars, onComplete: showResponse }); 的實際Ajax Web服務調用；表明了對相關URL的一個請求，其請求參數包含在pars中；最后一旦Ajax請求終止，即執行showResponse()。
下面以showResponse()為例說明用于評估JSON有效負載并將其放入HTML主體布局環境中的的必要代碼。
// 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;
}
此方法的輸入參數是REST風格Web服務在調用時返回的響應。既然預先已經知道需要處理JSON字符串，那么可以利用JavaScript eval()函數，將這個JSON字符串放入內存，并允許數據訪問，正是這樣的簡便性促使開發人員使用JSON。完全不需要進行解析，一個簡單的eval()即可得到JavaScript結構，我們可以像操縱其他任何JavaScript結構一樣地去操縱它。
一旦JSON響應經過eval處理，將創建一個JavaScript循環來提取每個地址條目，并將各個匹配項放入一個名為finalResponse的容器變量中。而這個容器變量本身包含所有必要的格式，用于在頁面布局中顯示最終地址簿。循環結束時，匹配項也通過document.getElementById("addressBookResults").innerHTML放置完畢。
最后，為了保持完整，頁面的實際布局由這些代碼組成：
<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>
上面的代碼清單中最值得一提的是HTML選擇列表，因為修改觸發器Java程序需要調用信道外Ajax請求。其次，<div>元素就是放置格式化后的JSON響應的地方。
JSON適合您嗎
就像在軟件設計中編程語言的選擇一樣，JSON的選擇與否取決于您自身的需求。如果Web services使用者將在傳統、功能完備的編程環境（如Java 、.NET、PHP、Ruby等）中創建，那么完全可以不使用JSON。給定大多數編程語言環境的無限制能力可提供完整的配置控制權（更不必說對定制庫、分析器或helper類的訪問），那么JSON與XML及其他Web services有效載荷之間的差別可以忽略不計。
反之，如果Web services使用者被限制在瀏覽器環境之外，那么JSON是值得認真考慮的對象。 在瀏覽器中使用Web services并非興趣使然，而是實際業務需求。如果這時需要一個加載數據時不會出現延遲/刷新的“漂亮的Web 2.0界面”， 就不得不在瀏覽器中嵌入Ajax和Web services技術。
在這種情況下，您不僅受限于通過網絡訪問處理環境，而且還會受到隨機用戶的限制，迫使經驗豐富的開發人員用最普遍的工具在瀏覽器中處理文本，例如：前述的DOM，與訪問JSON樹相比，DOM使用起來非常困難。
示例代碼
您可下載與本文相關的代碼。
安裝之前先解壓下載得到的文件，將addressbook.html,prototype-1.4.0.js和restservice.jsp放入任意程序的目錄下。將內含的json.jar復制到所選程序的/WEB-INF/lib目錄下。訪問<yourhost>/<yourappdir>/addressbook.html，并在HTML列表中進行選擇。一切就緒，可以運行JSON了！
結束語
盡管 “Ajax”中的“x”代表XML，Web services也通過堅持使用XML格式而成為主流，但這并不意味著這種方式無懈可擊。在文本處理方面，XML在Ajax程序的應用中已經暴露出一些缺點。在這種情形下，JSON逐漸成為引人注目的XML替代方案。
通過對JSON語法優缺點的論述，以及對如何從REST風格Web services創建JSON輸出、如何將其嵌入Web頁面布局等問題的介紹，您現在應該能夠為最終用戶提供支持JSON的Web services，接觸當前提供的大量利用這一極具前途的格式的Web services。
參考資料
- Ajax簡介（David Teare，Dev2Dev，2005年8月）——介紹Ajax的相關技術背景
- JSON in Java ——介紹使用Java API將本地Java結構轉換成JSON輸出
- Prototype ——介紹用于創建Ajax應用程序的JavaScript框架
- JSON.org ——JSON主頁，其中包含可生成JSON的各種語言庫的資源和鏈接
| 作者簡介 |
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Daniel Rubio 是一名軟件顧問，具有十余年的企業軟件開發經驗。近期，他創辦了Mashup Soft公司，開始專攻為Mashup使用Web services的有關方面。 |