JSON 序列化

JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，人类易读、机器易解析。Python 的 json 模块提供了 JSON 编码（Python 对象 → JSON 字符串）和解码（JSON 字符串 → Python 对象）的功能。

基本用法

编码：dumps()

import json

data = {
    "name": "Alice",
    "age": 25,
    "is_student": False,
    "courses": ["Math", "Physics"],
    "address": None,
}

json_str = json.dumps(data)
print json_str
# {"courses": ["Math", "Physics"], "is_student": false, "name": "Alice", "age": 25, "address": null}

dumps() 把 Python 对象转换为 JSON 字符串。注意 JSON 的格式特点：

键必须是双引号字符串
False 变成 false
None 变成 null
字典键的顺序可能不同（Python 2 中字典无序）

解码：loads()

json_str = '{"name": "Bob", "age": 30}'
data = json.loads(json_str)
print data              # {u'age': 30, u'name': u'Bob'}
print type(data)        # <type 'dict'>

loads() 把 JSON 字符串转换为 Python 对象。Python 2 中，JSON 字符串解码为 unicode，数字解码为 int 或 float。

格式化输出

data = {"name": "Alice", "age": 25}

# 美化输出（缩进）
print json.dumps(data, indent=2)
# {
#   "age": 25,
#   "name": "Alice"
# }

# 自定义分隔符
print json.dumps(data, indent=2, separators=(",", ": "))
# {
#   "age": 25,
#   "name": "Alice"
# }

# 排序键
print json.dumps(data, indent=2, sort_keys=True)
# {
#   "age": 25,
#   "name": "Alice"
# }

处理中文

默认情况下，非 ASCII 字符被转义为 \uXXXX：

data = {"name": "张三"}
print json.dumps(data)
# {"name": "\u5f20\u4e09"}

# 保留中文
print json.dumps(data, ensure_ascii=False)
# {"name": "张三"}

ensure_ascii=False 让 dumps() 直接输出 Unicode 字符，而不是转义序列。写入文件时需要指定编码：

import codecs
with codecs.open("data.json", "w", "utf-8") as f:
    json.dump(data, f, ensure_ascii=False, indent=2)

文件读写

# 写入文件
with open("data.json", "w") as f:
    json.dump(data, f, indent=2)

# 读取文件
with open("data.json", "r") as f:
    data = json.load(f)

dump() 和 load() 直接操作文件对象，dumps() 和 loads() 操作字符串。

类型映射

Python	JSON
`dict`	object
`list`, `tuple`	array
`str`, `unicode`	string
`int`, `long`, `float`	number
`True`	`true`
`False`	`false`
`None`	`null`

注意：

JSON 不支持元组，tuple 被编码为数组，解码后变成 list
JSON 不支持 set
JSON 的键必须是字符串，Python dict 的整数键会被转为字符串

data = {1: "one", 2: "two"}
json_str = json.dumps(data)
print json_str          # {"1": "one", "2": "two"}，键变成字符串

自定义编码

对于 JSON 不支持的对象（如 datetime、自定义类），需要自定义编码器：

import json
from datetime import datetime

class Person(object):
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

def custom_encoder(obj):
    if isinstance(obj, datetime):
        return obj.isoformat()
    if isinstance(obj, Person):
        return {"name": obj.name, "age": obj.age}
    raise TypeError("Object of type %s is not JSON serializable" % type(obj))

now = datetime.now()
p = Person("Alice", 25)

print json.dumps({"time": now, "person": p}, default=custom_encoder)
# {"time": "2024-01-15T10:30:00", "person": {"age": 25, "name": "Alice"}}

实际应用

配置文件：

# config.json
{
    "host": "localhost",
    "port": 8080,
    "debug": false,
    "allowed_hosts": ["example.com", "api.example.com"]
}

# 读取配置
with open("config.json", "r") as f:
    config = json.load(f)
print config["host"]        # localhost

API 数据交换：

import urllib2

response = urllib2.urlopen("https://api.example.com/data")
data = json.load(response)
print data["users"][0]["name"]

与 pickle 的对比

特性	JSON	pickle
格式	文本，人类可读	二进制
跨语言	是	否（Python 专用）
安全性	安全	不安全（不要加载不信任的数据）
支持类型	基本类型	几乎所有 Python 对象
速度	较慢	较快

原则：数据交换用 JSON，Python 内部对象持久化用 pickle（但要确保数据来源可信）。