Python标准库json完全指南：高效处理JSON数据

一、json库概述

JSON(JavaScript Object Notation)是一种轻量级的数据交换格式，Python的json模块提供了JSON数据的编码和解码功能。该模块可以将Python对象转换为JSON字符串（序列化），也可以将JSON字符串转换为Python对象（反序列化）。

核心功能

• json.dumps(): 将Python对象编码为JSON字符串
• json.loads(): 将JSON字符串解码为Python对象
• json.dump(): 将Python对象编码并写入文件
• json.load(): 从文件读取并解码JSON数据

二、基本使用方法

1. 序列化（Python对象 → JSON字符串）

import json

data = {
    "name": "张三",
    "age": 30,
    "married": True,
    "children": ["小明", "小红"],
    "pets": None
}

json_str = json.dumps(data, ensure_ascii=False, indent=4)
print(json_str)

输出：

{
    "name": "张三",
    "age": 30,
    "married": true,
    "children": ["小明", "小红"],
    "pets": null
}

参数说明：

• ensure_ascii=False: 允许非ASCII字符（如中文）直接输出
• indent=4: 美化输出，使用4个空格缩进

2. 反序列化（JSON字符串 → Python对象）

json_data = '{"name": "李四", "age": 25, "city": "北京"}'
python_obj = json.loads(json_data)

print(python_obj["name"])  # 输出: 李四
print(type(python_obj))    # 输出: <class 'dict'>

3. 文件读写操作

写入JSON文件：

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

读取JSON文件：

with open('data.json', 'r', encoding='utf-8') as f:
    loaded_data = json.load(f)

三、高级用法

1. 处理复杂对象

默认情况下，json模块只能处理基本数据类型。要序列化复杂对象，需要自定义编码器：

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

def user_encoder(obj):
    if isinstance(obj, User):
        return {'name': obj.name, 'age': obj.age}
    raise TypeError(f'Object of type {obj.__class__.__name__} is not JSON serializable')

user = User("王五", 28)
user_json = json.dumps(user, default=user_encoder)

2. 自定义解码器

def user_decoder(dct):
    if 'name' in dct and 'age' in dct:
        return User(dct['name'], dct['age'])
    return dct

user_obj = json.loads(user_json, object_hook=user_decoder)
print(type(user_obj))  # 输出: <class '__main__.User'>

3. 性能优化

对于大型JSON数据处理：

• 使用json.JSONEncoder和json.JSONDecoder类提高性能
• 考虑使用ujson或orjson等第三方库（非标准库）

四、实际应用场景

1. Web API开发

# Flask示例
from flask import Flask, jsonify, request
import json

app = Flask(__name__)

@app.route('/api/data', methods=['POST'])
def receive_data():
    data = request.get_json()  # 自动使用json模块解析请求体
    # 处理数据...
    return jsonify({"status": "success"})

2. 配置文件管理

# 读取配置
with open('config.json') as f:
    config = json.load(f)

# 修改并保存配置
config['timeout'] = 30
with open('config.json', 'w') as f:
    json.dump(config, f, indent=2)

3. 数据交换与存储

# 将Pandas DataFrame转为JSON
import pandas as pd
df = pd.DataFrame({'A': [1, 2], 'B': ['x', 'y']})
json_str = df.to_json(orient='records')

# 从JSON恢复DataFrame
new_df = pd.read_json(json_str)

五、常见问题与解决方案

1. 中文乱码问题

   • 确保使用ensure_ascii=False
   • 文件操作时指定编码为utf-8

2. 日期时间对象的处理

   from datetime import datetime
   
   def datetime_encoder(obj):
       if isinstance(obj, datetime):
           return obj.isoformat()
       raise TypeError("Type not serializable")
   
   data = {'time': datetime.now()}
   json.dumps(data, default=datetime_encoder)
   

3. 循环引用检测

   • 默认情况下json不处理循环引用
   • 需要自行解决循环引用问题或使用第三方库

六、最佳实践

1. 始终处理异常：

   try:
       data = json.loads(json_str)
   except json.JSONDecodeError as e:
       print(f"Invalid JSON: {e}")
   

2. 对于敏感数据，考虑使用json.dumps()的separators参数压缩JSON大小：

   json.dumps(data, separators=(',', ':'))
   

3. 大型文件处理时，考虑使用ijson库进行流式解析

七、总结

Python的json模块是处理JSON数据的利器，掌握它可以：

• 轻松实现前后端数据交互
• 高效管理配置文件
• 处理各种数据交换场景