XML和JSON(Java读写)

转载自：廖雪峰

目录

• 1. XML简介
  • XML的结构
• 2. 读写XML
  • 2.1 使用DOM
    • DOM结构
    • Java的DOM API
    • 小结
  • 2.2 使用SAX
  • 2.3 使用Jackson
• 3. 使用JSON
  • 3.1 介绍json
  • 3.2 对JSON读写
    • 使用Jackson解析JSON文件
    • 自定义解析JSON

1. XML简介

XML是可扩展标记语言（eXtensible Markup Language）的缩写，它是是一种数据表示格式，可以描述非常复杂的数据结构，常用于传输和存储数据。

例如，一个描述书籍的XML文档可能如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<!DOCTYPE note SYSTEM "book.dtd">
<book id="1">
    <name>Java核心技术</name>
    <author>Cay S. Horstmann</author>
    <isbn lang="CN">1234567</isbn>
    <tags>
        <tag>Java</tag>
        <tag>Network</tag>
    </tags>
    <pubDate/>
</book>

XML有几个特点：

一是纯文本，默认使用UTF-8编码，

二是可嵌套，适合表示结构化数据。

如果把XML内容存为文件，那么它就是一个XML文件，例如book.xml。此外，XML内容经常通过网络作为消息传输。

XML的结构

XML有固定的结构，

• 首行必定是 <?xml version="1.0"?> ，可以加上可选的编码。

• 紧接着，如果以类似 <!DOCTYPE note SYSTEM "book.dtd"> 声明的是文档定义类型
  （DTD：Document Type Definition），DTD是可选的。

• 接下来是XML的文档内容，
  一个XML文档有且仅有一个根元素，
  根元素可以包含任意个子元素，元素可以包含属性，
  例如， <isbn lang="CN">1234567</isbn>包含一个属性lang="CN"，且元素必须正确嵌套。
  如果是空元素，可以用 <tag/> 表示。

由于使用了<、>以及引号等标识符，如果内容出现了特殊符号，需要使用&???;表示转义。例如，Java<tm>必须写成：

<name>Java&lt;tm&gt;</name>

常见的特殊字符如下：

字符	表示
<	&lt;
>	&gt;
&	&amp;
"	&quot;
'	&apos;

格式正确的XML（Well Formed）是指XML的格式是正确的，可以被解析器正常读取。

合法的XML是指，不但XML格式正确，而且它的数据结构可以被DTD或者XSD验证。(结构正确、数据有效)

2. 读写XML

2.1 使用DOM

XML是一种树形结构的文档，它有两种标准的解析API：

• DOM：一次性读取XML，并在内存中表示为树形结构；
• SAX：以流的形式读取XML，使用事件回调。

如何使用DOM来读取XML：

DOM是Document Object Model的缩写，DOM模型就是把XML结构作为一个树形结构处理，从根节点开始，每个节点都可以包含任意个子节点。

• xml文件

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<book id="1">
    <name>Java核心技术</name>
    <author>Cay S. Horstmann</author>
    <isbn lang="CN">1234567</isbn>
    <tags>
        <tag>Java</tag>
        <tag>Network</tag>
    </tags>
    <pubDate/>
</book>

DOM结构

• 解析为DOM结构

最顶层的document代表XML文档，它是真正的“根”

<book>是根元素，但它是document的一个子节点

Java的DOM API

Java提供了DOM API来解析XML，它使用下面的对象来表示XML的内容：

• Document：代表整个XML文档；
• Element：代表一个XML元素；
• Attribute：代表一个元素的某个属性。

使用DOM API解析一个XML文档的代码如下：

InputStream input = Main.class.getResourceAsStream("/book.xml");
DocumentBuilderFactory dbf = DocumentBuilderFactory.newInstance();
DocumentBuilder db = dbf.newDocumentBuilder();
Document doc = db.parse(input);

DocumentBuilder.parse()用于解析一个XML，它可以接收InputStream，File或者URL，如果解析无误，我们将获得一个Document对象，这个对象代表了整个XML文档的树形结构，需要遍历以便读取指定元素的值：

void printNode(Node n, int indent) {
    for (int i = 0; i < indent; i++) {
        System.out.print(' ');
    }
    switch (n.getNodeType()) {
    case Node.DOCUMENT_NODE: // Document节点
        System.out.println("Document: " + n.getNodeName());
        break;
    case Node.ELEMENT_NODE: // 元素节点
        System.out.println("Element: " + n.getNodeName());
        break;
    case Node.TEXT_NODE: // 文本
        System.out.println("Text: " + n.getNodeName() + " = " + n.getNodeValue());
        break;
    case Node.ATTRIBUTE_NODE: // 属性
        System.out.println("Attr: " + n.getNodeName() + " = " + n.getNodeValue());
        break;
    default: // 其他
        System.out.println("NodeType: " + n.getNodeType() + ", NodeName: " + n.getNodeName());
    }
    for (Node child = n.getFirstChild(); child != null; child = child.getNextSibling()) {
        printNode(child, indent + 1);
    }
}

解析结构如下：

Document: #document
 Element: book
  Text: #text = 
    
  Element: name
   Text: #text = Java核心技术
  Text: #text = 
    
  Element: author
   Text: #text = Cay S. Horstmann
  Text: #text = 
  ...

对于DOM API解析出来的结构，我们从根节点Document出发，可以遍历所有子节点，获取所有元素、属性、文本数据，还可以包括注释，

这些节点被统称为Node，每个Node都有自己的Type，根据Type来区分一个Node到底是元素，还是属性，还是文本，等等。

使用DOM API时，如果要读取某个元素的文本，需要访问它的Text类型的子节点，所以使用起来还是比较繁琐的。

小结

• Java提供的DOM API可以将XML解析为DOM结构，以Document对象表示；
• DOM可在内存中完整表示XML数据结构；
• DOM解析速度慢，内存占用大。

2.2 使用SAX

DOM解析XML的优点是用起来省事，但主要缺点是内存占用太大。

另一种解析XML的方式是SAX。SAX是Simple API for XML的缩写，它是一种基于流的解析方式，边读取XML边解析，并以事件回调的方式让调用者获取数据。因为是一边读一边解析，所以无论XML有多大，占用的内存都很小。

SAX解析会触发一系列事件：

• startDocument：开始读取XML文档；
• startElement：读取到了一个元素，例如``；
• characters：读取到了字符；
• endElement：读取到了一个结束的元素，例如``；
• endDocument：读取XML文档结束。

如果我们用SAX API解析XML，Java代码如下：

InputStream input = Main.class.getResourceAsStream("/book.xml");
SAXParserFactory spf = SAXParserFactory.newInstance();
SAXParser saxParser = spf.newSAXParser();
saxParser.parse(input, new MyHandler());

关键代码SAXParser.parse()除了需要传入一个InputStream外，还需要传入一个回调对象，这个对象要继承自DefaultHandler：

class MyHandler extends DefaultHandler {
    public void startDocument() throws SAXException {
        print("start document");
    }

    public void endDocument() throws SAXException {
        print("end document");
    }

    public void startElement(String uri, String localName, String qName, Attributes attributes) throws SAXException {
        print("start element:", localName, qName);
    }

    public void endElement(String uri, String localName, String qName) throws SAXException {
        print("end element:", localName, qName);
    }

    public void characters(char[] ch, int start, int length) throws SAXException {
        print("characters:", new String(ch, start, length));
    }

    public void error(SAXParseException e) throws SAXException {
        print("error:", e);
    }

    void print(Object... objs) {
        for (Object obj : objs) {
            System.out.print(obj);
            System.out.print(" ");
        }
        System.out.println();
    }
}

运行SAX解析代码，可以打印出下面的结果：

start document
start element:  book
characters:
     
start element:  name
characters: Java核心技术
end element:  name
characters:
     
start element:  author
...

如果要读取 <name> 节点的文本，我们就必须在解析过程中根据startElement()和endElement()定位当前正在读取的节点，可以使用栈结构保存，每遇到一个startElement()入栈，每遇到一个endElement()出栈，这样，读到characters()时我们才知道当前读取的文本是哪个节点的。可见，使用SAX API仍然比较麻烦。

2.3 使用Jackson

XML文档的结构：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<book id="1">
    <name>Java核心技术</name>
    <author>Cay S. Horstmann</author>
    <isbn lang="CN">1234567</isbn>
    <tags>
        <tag>Java</tag>
        <tag>Network</tag>
    </tags>
    <pubDate/>
</book>

我们发现，它完全可以对应到一个定义好的JavaBean中：

public class Book {
    public long id;
    public String name;
    public String author;
    public String isbn;
    public List<String> tags;
    public String pubDate;
}

如果能直接从XML文档解析成一个JavaBean，那比DOM或者SAX不知道容易到哪里去了。

幸运的是，一个名叫Jackson的开源的第三方库可以轻松做到XML到JavaBean的转换。我们要使用Jackson，先添加两个Maven的依赖：

<dependency>
    <groupId>com.fasterxml.jackson.dataformat</groupId>
    <artifactId>jackson-dataformat-xml</artifactId>
    <version>2.10.1</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.codehaus.woodstox</groupId>
    <artifactId>woodstox-core-asl</artifactId>
    <version>4.4.1</version>
</dependency>

然后，定义好JavaBean，就可以用下面几行代码解析：

InputStream input = Main.class.getResourceAsStream("/book.xml");
JacksonXmlModule module = new JacksonXmlModule();
XmlMapper mapper = new XmlMapper(module);
Book book = mapper.readValue(input, Book.class);
System.out.println(book.id);
System.out.println(book.name);
System.out.println(book.author);
System.out.println(book.isbn);
System.out.println(book.tags);
System.out.println(book.pubDate);

注意到XmlMapper就是我们需要创建的核心对象，可以用readValue(InputStream, Class)直接读取XML并返回一个JavaBean。运行上述代码，就可以直接从Book对象中拿到数据：

1
Java核心技术
Cay S. Horstmann
1234567
[Java, Network]
null

如果要解析的数据格式不是Jackson内置的标准格式，那么需要编写一点额外的扩展来告诉Jackson如何自定义解析。这里我们不做深入讨论，可以参考Jackson的官方文档。

3. 使用JSON

3.1 介绍json

JSON是JavaScript Object Notation的缩写，它去除了所有JavaScript执行代码，只保留JavaScript的对象格式。一个典型的JSON如下：

{
    "id": 1,
    "name": "Java核心技术",
    "author": {
        "firstName": "Abc",
        "lastName": "Xyz"
    },
    "isbn": "1234567",
    "tags": ["Java", "Network"]
}

JSON作为数据传输的格式，有几个显著的优点：

• JSON只允许使用UTF-8编码，不存在编码问题；
• JSON只允许使用双引号作为key，特殊字符用转义，格式简单；
• 浏览器内置JSON支持，如果把数据用JSON发送给浏览器，可以用JavaScript直接处理。

因此，JSON适合表示层次结构，因为它格式简单，仅支持以下几种数据类型：

• 键值对：{"key": value}
• 数组：[1, 2, 3]
• 字符串："abc"
• 数值（整数和浮点数）：12.34
• 布尔值：true或false
• 空值：null

浏览器直接支持使用JavaScript对JSON进行读写：

// JSON string to JavaScript object:
jsObj = JSON.parse(jsonStr);

// JavaScript object to JSON string:
jsonStr = JSON.stringify(jsObj);

所以，开发Web应用的时候，使用JSON作为数据传输，在浏览器端非常方便。因为JSON天生适合JavaScript处理，所以，绝大多数REST API都选择JSON作为数据传输格式。

3.2 对JSON读写

常用的用于解析JSON的第三方库有：

• Jackson
• Gson
• Fastjson
• ...

使用Jackson解析JSON文件

入以下Maven依赖：

<dependency>
    <groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId>
    <artifactId>jackson-databind</artifactId>
    <version>2.10.0</version>
</dependency>

就可以使用下面的代码解析一个JSON文件：

InputStream input = Main.class.getResourceAsStream("/book.json");
ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
// 反序列化时忽略不存在的JavaBean属性:
mapper.configure(DeserializationFeature.FAIL_ON_UNKNOWN_PROPERTIES, false);
Book book = mapper.readValue(input, Book.class);

核心代码是创建一个ObjectMapper对象。关闭DeserializationFeature.FAIL_ON_UNKNOWN_PROPERTIES功能使得解析时如果JavaBean不存在该属性时解析不会报错。

• 反序列化：把JSON解析为JavaBean的过程
• 序列化：把JavaBean变为JSON

要实现JavaBean到JSON的序列化，只需要一行代码：

InputStream input = Main.class.getResourceAsStream("/book.json");
ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();

String json = mapper.writeValueAsString(book);

自定义解析JSON

假设Book类的isbn是一个BigInteger：

public class Book {
	public String name;
	public BigInteger isbn;
}

但JSON数据并不是标准的整形格式：

{
    "name": "Java核心技术",
    "isbn": "978-7-111-54742-6"
}

直接解析，肯定报错。这时，我们需要自定义一个IsbnDeserializer，用于解析含有非数字的字符串：

public class IsbnDeserializer extends JsonDeserializer<BigInteger> {
    public BigInteger deserialize(JsonParser p, DeserializationContext ctxt) throws IOException, JsonProcessingException {
        // 读取原始的JSON字符串内容:
        String s = p.getValueAsString();
        if (s != null) {
            try {
                return new BigInteger(s.replace("-", ""));
            } catch (NumberFormatException e) {
                throw new JsonParseException(p, s, e);
            }
        }
        return null;
    }
}

然后，在Book类中使用注解标注：

public class Book {
    public String name;
    // 表示反序列化isbn时使用自定义的IsbnDeserializer:
    @JsonDeserialize(using = IsbnDeserializer.class)
    public BigInteger isbn;
}

类似的，自定义序列化时我们需要自定义一个IsbnSerializer，然后在Book类中标注@JsonSerialize(using = ...)即可。