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。

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。

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