JSON，全称为 JavaScript Object Notation, 也就是 JavaScript 对象标记，它通过对象和数组的组合来表示数据，构造简洁但是结构化程度非常高，是一种轻量级的数据交换格式。

本节中，我们就来了解如何利用 Python 保存数据到 JSON 文件。

1. 对象和数组

在 JavaScript 语言中，一切都是对象。因此，任何支持的类型都可以通过 JSON 来表示，例如字符串、数字、对象、数组等，但是对象和数组是比较特殊且常用的两种类型，下面简要介绍一下它们。

• 对象：它在 JavaScript 中是使用花括号 {} 包裹起来的内容，数据结构为 {key1：value1, key2：value2, ...} 的键值对结构。在面向对象的语言中，key 为对象的属性，value 为对应的值。键名可以使用整数和字符串来表示。值的类型可以是任意类型。
• 数组：数组在 JavaScript 中是方括号 [] 包裹起来的内容，数据结构为 ["java", "javascript", "vb", ...] 的索引结构。在 JavaScript 中，数组是一种比较特殊的数据类型，它也可以像对象那样使用键值对，但还是索引用得多。同样，值的类型可以是任意类型。

所以，一个 JSON 对象可以写为如下形式：

[
  {
    name: "Bob",
    gender: "male",
    birthday: "1992-10-18",
  },
  {
    name: "Selina",
    gender: "female",
    birthday: "1995-10-18",
  },
];

由中括号包围的就相当于列表类型，列表中的每个元素可以是任意类型，这个示例中它是字典类型，由大括号包围。

JSON 可以由以上两种形式自由组合而成，可以无限次嵌套，结构清晰，是数据交换的极佳方式。

2. 读取 JSON

Python 为我们提供了简单易用的 JSON 库来实现 JSON 文件的读写操作，我们可以调用 JSON 库的 loads 方法将 JSON 文本字符串转为 JSON 对象，实际上 JSON 对象为 Python 中的 list 和 dict 的嵌套和组合，这里称之为 JSON 对象。另外我们还可以通过 dumps 方法将 JSON 对象转为文本字符串。

例如，这里有一段 JSON 形式的字符串，它是 str 类型，我们用 Python 将其转换为可操作的数据结构，如列表或字典：

import json

str = '''
[{
    "name": "Bob",
    "gender": "male",
    "birthday": "1992-10-18"
}, {
    "name": "Selina",
    "gender": "female",
    "birthday": "1995-10-18"
}]
'''
print(type(str))
data = json.loads(str)
print(data)
print(type(data))

运行结果如下：

<class'str'>
[{'name': 'Bob', 'gender': 'male', 'birthday': '1992-10-18'}, {'name': 'Selina', 'gender': 'female', 'birthday': '1995-10-18'}]
<class 'list'>

这里使用 loads 方法将字符串转为 JSON 对象。由于最外层是中括号，所以最终的类型是列表类型。

这样一来，我们就可以用索引来获取对应的内容了。例如，如果想取第一个元素里的 name 属性，就可以使用如下方式：

data[0]['name']
data[0].get('name')

得到的结果都是：

Bob

通过中括号加 0 索引，可以得到第一个字典元素，然后再调用其键名即可得到相应的键值。获取键值时有两种方式，一种是中括号加键名，另一种是通过 get 方法传入键名。这里推荐使用 get 方法，这样如果键名不存在，则不会报错，会返回 None。另外，get 方法还可以传入第二个参数（即默认值），示例如下：

data[0].get('age')
data[0].get('age', 25)

运行结果如下：

None
25

这里我们尝试获取年龄 age，其实在原字典中该键名不存在，此时默认会返回 None。如果传入第二个参数（即默认值），那么在不存在的情况下返回该默认值。

值得注意的是，JSON 的数据需要用双引号来包围，不能使用单引号。例如，若使用如下形式表示，则会出现错误：

import json

str = '''
[{
    'name': 'Bob',
    'gender': 'male',
    'birthday': '1992-10-18'
}]
'''
data = json.loads(str)

运行结果如下：

json.decoder.JSONDecodeError: Expecting property name enclosed in double quotes: line 3 column 5 (char 8)

这里会出现 JSON 解析错误的提示。这是因为这里数据用单引号来包围，请千万注意 JSON 字符串的表示需要用双引号，否则 loads 方法会解析失败。

如果从 JSON 文本中读取内容，例如这里有一个 data.json 文本文件，其内容是刚才定义的 JSON 字符串，我们可以先将文本文件内容读出，然后再利用 loads 方法转化：

import json

with open('data.json', encoding='utf-8') as file:
    str = file.read()
    data = json.loads(str)
    print(data)

运行结果如下：

[{'name': 'Bob', 'gender': 'male', 'birthday': '1992-10-18'}, {'name': 'Selina', 'gender': 'female', 'birthday': '1995-10-18'}]

这里我们用 open 方法读取了文本文件，同时使用了默认的读模式，编码指定为 utf-8，文件操作对象赋值为 file。接着我们调用了 file 对象的 read 方法读取了文本的所有内容，赋值为 str。然后再调用 loads 方法解析 JSON 字符串，将其转化为 JSON 对象。

这里其实也有更简便的写法，我们可以直接使用 load 方法传入文件操作对象，同样也可以将文本转化为 JSON 对象，写法如下：

import json

data = json.load(open('data.json', encoding='utf-8'))
print(data)

注意这里使用的是 load 方法，而不是 loads 方法。前者的参数是一个文件操作对象，后者的参数是一个 JSON 字符串。

这两种写法的运行结果也是完全一样的。只不过 load 方法是将整个文件的内容转化为 JSON 对象，而使用 loads 方法可以更灵活地控制要转化的内容。两种方法可以在适当的场景下使用。

3. 输出 JSON

另外，我们还可以调用 dumps 方法将 JSON 对象转化为字符串。例如，将上例中的列表重新写入文本：

import json

data = [{
    'name': 'Bob',
    'gender': 'male',
    'birthday': '1992-10-18'
}]
with open('data.json', 'w', encoding='utf-8') as file:
    file.write(json.dumps(data))

利用 dumps 方法，我们可以将 JSON 对象转为字符串，然后再调用文件的 write 方法写入文本，结果如图所示。

另外，如果想保存 JSON 的格式缩进，可以再加一个参数 indent，代表缩进字符个数。示例如下：

with open('data.json', 'w') as file:
    file.write(json.dumps(data, indent=2))

此时写入结果如图所示。

这样得到的内容会自动带缩进，格式会更加清晰。

另外，如果 JSON 中包含中文字符，会怎么样呢？例如，我们将之前的 JSON 的部分值改为中文，再用之前的方法写入到文本：

import json

data = [{
    'name': '王伟',
    'gender': '男',
    'birthday': '1992-10-18'
}]
with open('data.json', 'w', encoding='utf-8') as file:
    file.write(json.dumps(data, indent=2))

写入结果如图所示。

可以看到，中文字符都变成了 Unicode 字符，这并不是我们想要的结果。

为了输出中文，还需要指定参数 ensure_ascii 为 False，另外还要规定文件输出的编码：

with open('data.json', 'w', encoding='utf-8') as file:
    file.write(json.dumps(data, indent=2, ensure_ascii=False))

写入结果如图所示。

可以发现，这样就可以输出 JSON 为中文了。

同样地，类比 loads 与 load 方法，dumps 也有对应的 dump 方法，它可以直接将 JSON 对象全部写入到文件中，因此上述的写法也可以写为如下形式：

json.dump(data, open('data.json', 'w', encoding='utf-8'), indent=2, ensure_ascii=False)

这里第一个参数就是 JSON 对象，第二个参数可以传入文件操作对象，其他的 indent、ensure_ascii 对象还是保持不变，运行效果是一样的。

4. 总结

本节中，我们了解了用 Python 进行 JSON 文件读写的方法，后面做数据解析时经常会用到，建议熟练掌握。

本节代码：https://github.com/Python3WebSpider/FileStorageTest。