JSON Schema基础入门
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：cJSON基础介绍与代码测试，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。