JSON，是一种轻量级的数据交换格式，基本结构是“名称/值”对的集合，非常易于人阅读和编写，也易于机器解析和生成。

之前的文章，已介绍过C语言格式的cJSON库的使用，本篇来介绍与JSON紧密相关的JSON Schema。

1 问题引入

假设实际的项目中，我们使用json来描述一款产品的信息，该产品具有：

标识符： productId
商品名称： productName
销售价格： price
一组可选的标签：tags

用JSON表示，如下：

{"productId": 1,"productName": "A green door","price": 12.50,"tags": [ "home", "green" ]
}

看起来很简洁明了，但这种描述也留有一些问题，比如：

productId的含义是什么？
productName是必须的吗？
price可以为零吗？
tags都是字符串吗？

假如对于这里的JSON数据，我们随意赋予些不符合实际的数值，则会造成意外的影响。因此，就需要有一种规则来约束JSON数据的有效性，这就要通过JSON Schema来描述了。

2 JSON Schema

JSON Schema是一个提议的 IETF 标准，用于解决前面提到的数据格式的描述问题。JSON Schema本身使用的也是JSON数据格式。

下面来看一下JSON Schema的基本语法。

2.1 Schema的开头

我们从四个关键字的属性开始

$schema:用于指定JSON Schema版本信息，可以省略。注：该关键字若使用，其值必须使用官方提供的值，不能自己随便写。
$id: 定义了Schema的 URI，以及Schema内其他 URI 引用解析所依据的基本URI，可以省略。
title和description: 仅是描述性的。它们不会对正在验证的数据添加约束，可以省略。
type: 验证JSON数据的第一个约束。此例子中，我们的JSON数据必须是一个JSON对象。

下面就是一个基本的JSON Schema:

{"$schema": "https://json-schema.org/draft/2020-12/schema","$id": "https://example.com/product.schema.json","title": "Product","description": "A product in the catalog","type": "object"
}

从以上例子中，我们简单了解了JSON Schema开头的结构：

Schema关键字：$schema和$id
Schema注释：title和description
验证关键字：type

2.2 属性定义

type关键字描述了json数据的整体类型，那json数据内部元素如何描述呢，就要再借助properties关键字了。

再介绍一个required关键字，用来描述JSON数据中哪些关键字是必须的，例如productId是标识产品的唯一数值，是必需的。

将属性信息加入后的JSON Schema如下:

{"title": "Product","description": "A product from Acme's catalog","type": "object","properties": {"productId": {"description": "The unique identifier for a product","type": "integer"}},"required": [ "productId" ]
}

模仿对产品IDproductId的描述，继续来补充产品名称productName。

productName也是必需的，它和productName之间实际上没有任何区别，因为计算机通常关注ID，而人类通常关注名称。注意required关键字是一个字符串数组，它可以记录多个值。

补充后的JSON Schema如下:

{"title": "Product","description": "A product from Acme's catalog","type": "object","properties": {"productId": {"description": "The unique identifier for a product","type": "integer"},"productName": {"description": "Name of the product","type": "string"}},"required": [ "productId", "productName" ]
}

此时，根据JSON Schema的描述，我们的JSON数据是这样：

{"productId": 1,"productName": "A green door"
}

2.3 深入了解属性

假设产品不是免费的，即price都是大于0，如何描述？

我们的JSON数据现在添加了price数据：

{"productId": 1,"productName": "A green door","price": 12.50
}

我们可以用exclusiveMinimum关键字来验证指定值的最小值。

将price补充后的JSON Schema如下:

{"title": "Product","description": "A product from Acme's catalog","type": "object","properties": {"productId": {"description": "The unique identifier for a product","type": "integer"},"productName": {"description": "Name of the product","type": "string"},"price": {"description": "The price of the product","type": "number","exclusiveMinimum": 0}},"required": [ "productId", "productName", "price" ]
}

接下来，再来看一下tags关键字。假如这个产品有如下特性：

如果有标签，则必须至少有一个标签，
标签必须是文本。
标签必须是唯一的，产品内无重复。
标签不是必须要有的。

根据以上要求，有对应的Schema描述：

对tags的type验证关键字为array，用minItems关键字来验证数组中最少的元素个数。
用items关键字来定义数组中出现的内容。本例中，type验证关键字的值就是string。
用uniqueItems关键字来验证数组中的元素是相对彼此是唯一的。
不把tags添加到required验证关键字数组中，表示它是可选的。

将tag添加后的JSON Schema如下:

{"title": "Product","description": "A product from Acme's catalog","type": "object","properties": {"productId": {"description": "The unique identifier for a product","type": "integer"},"productName": {"description": "Name of the product","type": "string"},"price": {"description": "The price of the product","type": "number","exclusiveMinimum": 0},"tags": {"description": "Tags for the product","type": "array","items": {"type": "string"},"minItems": 1,"uniqueItems": true}},"required": [ "productId", "productName", "price" ]
}

此时，根据JSON Schema的描述，我们的JSON数据是这样：

{"productId": 1,"productName": "A green door","price": 12.50,"tags": [ "home", "green" ]
}

2.4 嵌套的数据结构

到目前为止，我们的JSON数据只有一个级别。

那多级的嵌套JSON数据（JSON数据内部的元素又是一个JSON对象），如何用JSON Schema描述呢？比如对该产品添加尺寸信息dimensions，它本身又是一个JSON对象：

{"productId": 1,"productName": "A green door","price": 12.50,"tags": [ "home", "green" ],"dimensions": {"length": 7.0,"width": 12.0,"height": 9.5}
}

对于嵌套的数据，则JSON Schema也继续进行对应的描述即可。

将dimensions添加后的JSON Schema如下:

{"title": "Product","description": "A product from Acme's catalog","type": "object","properties": {"productId": {"description": "The unique identifier for a product","type": "integer"},"productName": {"description": "Name of the product","type": "string"},"price": {"description": "The price of the product","type": "number","exclusiveMinimum": 0},"tags": {"description": "Tags for the product","type": "array","items": {"type": "string"},"minItems": 1,"uniqueItems": true},"dimensions": {"type": "object","properties": {"length": {"type": "number"},"width": {"type": "number"},"height": {"type": "number"}},"required": [ "length", "width", "height" ]}},"required": [ "productId", "productName", "price" ]
}

注：为了简洁起见，例子中省略了对dimensions的description描述

3 使用Shema验证JSON格式

有许多在线的网站可以通过JSON Schema来验证JSON数据，比如这里: https://jsonschemalint.com/#/version/draft-07/markup/json

将本篇使用的JSON Schema复制到浏览器左边框中，JSON数据复制到右边框中，可以看到两个框都是绿色的，且右下角提示验证通过。

我们手动搞些错误出来，比如将JSON数据中的price字段删掉，则整个边框变红，下面提示缺少price。

再比如，将tags数组中增加一个重复的green标签，则也会进行错误提示。这些都是JSON Schema所起的实际作用。

4 总结

本篇主要介绍了三点：

JSON Schema与JSON的关系：JSON Schema是对JSON数据格式的一种描述。
JSON Schema的基本用法，通过一些常用的验证关键字来了解JSON Schema的用法：
- title和description: 仅是描述性的，可以省略。
- type: 验证JSON数据的类型
- properties：描述JSON内部数据的具体属性
- required：描述JSON数据中哪些关键字是必须的
- exclusiveMinimum：验证指定值的最小值
- minItems：验证数组中最少的元素个数
- items：用来定义数组中出现的内容
- uniqueItems：验证数组中的元素是相对彼此是唯一的。
使用JSON Schema来验证对应的JSON数据是否符合要求。

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