格式校验利器：JSON Schema 简介

Jul 23, 2018

JSON 是什么

JSON，全称 JavaScript Object Notation. 是 JS 的数据结构的子集。相信大家对 JSON 也非常熟悉了。JSON 一共只有六种数据结构，这里列举他们在 JS 和 Python 中的叫法以及在 JSON 中的例子：

JS	Python3	JSON
string	string	`"ABC"`
number	int/float	`123` `-1.23`
boolean	bool	`true` `false`
null	None	`null`
object	dictnu	`{"key": "value"}`
array	list	`["ABC", 123, true]`

由于 JSON 是 JS 语法的子集，所以下文中我都会使用 JS 的称呼。

得益于 JSON 极致的简单~~和 JS 的广泛使用~~，JSON 很快流行了起来。但是简单也有简单的坏处，人们逐渐发现 JSON 缺少一些必要的功。

JSON Schema 是什么？

当前后端使用 JSON 通信的时候，双方需要验证 JSON 的数据格式，比如验证 array 的长度、number 的大小、甚至于类似 object 中有某两个属性不能并存等等要求。当然这些规则都可以使用代码进行验证，但是这样写起来太繁琐了，所以为了描述并校验 JSON 的格式，JSON Schema 诞生了。

这里有一个非常简单的 JSON Schema 的例子：

{
  "$schema": "http://json-schema.org/draft-04/schema#",
  "type": "object",
  "properties": {
    "name": { "type": "string" },
    "email": { "type": "string" },
    "age": {
      "type": "integer",
      "minimum": 0,
      "exclusiveMinimum": false
    },
    "telephone": {
      "type": "string",
      "pattern": "^(\\([0-9]{3}\\))?[0-9]{3}-[0-9]{4}$"
    }
  },
  "required": ["name", "email"],
  "additionalProperties": false
}

上面这个 JSON 描述了这样的一个 JSON：

类型是 object
有四个属性：
- name：
  - 类型为 string
- email：
  - 类型为 string
- Age：
  - 类型为整数
  - 这个整数要大于等于 0
- telephone：
  - 类型为 string
  - 需要符合这个正则表达式
上面这四个属性中必须出现有的 name 和 email，剩下的两个是可选的
除了这四个属性外，不允许出现其他属性

比如说，这样的一个 JSON 就符合这些要求：

{
  "name": "Sherlock Holmes",
  "email": "sherlock@gmail.com",
  "age": 164
}

可以看到，JSON Schema 本身也是一个 JSON。同一个 JSON，~~同一个世界~~前后端都能看懂，那么的话这个 JSON Schema 就既可以作为执行代码，又可以作为文档。这种统一确保了代码和文档不会脱节，省去了写文档的功夫。毕竟程序员最讨厌的就是没有文档的代码和写文档了。

Understanding JSON Schema

在这里，我强烈推荐阅读 Understanding JSON Schema，以至于我要专门写一章来介绍它。这是一个非常适合初学者的教程，有着及其清晰的例子。虽然截止写稿时其版本还停留在 draft-04，不过瑕不掩瑜，依然是我心中最优秀的 JSON Schema 教程。

在这里列一下 Understanding JSON Schema 的大纲，方便查漏补缺：

Type-specific keywords
- string
  - minLength
  - maxLength
  - pattern
- Numeric types
  - types: integer, number
  - multipleOf
  - range: minimum, exclusiveMinimum, maximum, exclusiveMaximum
- object
  - properties
  - additionalProperties
  - required
  - size: minProperties, maxProperties
  - dependencies
  - patternProperties
- array
  - items
  - length: minItems, maxItems
  - uniqueItems
- boolean
- null
Generic keywords
- Metadata: title, description, default
- Enumerated values: enum
Combining schemas
- allOf
- anyOf
- oneOf
- not
The $schema keyword
Regular Expressions

版本

截止到今天，JSON Schema 一共有 7 个版本，最新的是 draft-07。不同版本之间并不（完全）兼容，所以最佳实践是在写 JSON Schema 的时候使用 $schema 关键字标记当前使用的是哪个规范。

下面举个例子，展示了 draft-04 和 draft-06 中「大于」和「大于等于」写法：

大于：

{
  "$schema": "https://json-schema.org/draft-06/schema#",
  "type": "number",
  "exclusiveMinimum": 0
}

{
  "$schema": "https://json-schema.org/draft-04/schema#",
  "type": "number",
  "minimum": 0,
  "exclusiveMinimum": true
}

大于等于：

{
  "$schema": "https://json-schema.org/draft-06/schema#",
  "type": "number",
  "minimum": 0
}

{
  "$schema": "https://json-schema.org/draft-04/schema#",
  "type": "number",
  "minimum": 0,
  "exclusiveMinimum": false
}

注：在 draft-04 中，exclusiveMinimum 的默认值就是 false，所以可以不写。

在 draft-04 中，exclusiveMinimum 的值是 boolean，draft-06 中改成了 number。在相同含义的情况下，新版的写法的确更加简洁。

关于不同版本之间的区别可以查看官网的 Migrating from older drafts 一节。

总结

JSON Schema 作为一个验证 JSON 的通用语法，我认为它成功完成了自己的任务。虽然有一些诸如可读性不高，写法繁琐的缺点，但是我认为这些都是必要的妥协。

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