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序列化方式二——JSON之Gson

news 2024/9/22 19:52:16

Gson

1、什么是Gson?

Gson是Google提供的一个用于Java编程语言的JSON（JavaScript Object Notation）序列化和反序列化库。它允许开发者在Java对象和JSON数据之间进行高效的映射和转换。

官网地址：https://github.com/google/gson

官网文档：https://google.github.io/gson/UserGuide.html

2、为什么选择Gson？

  1. 快速、高效：Gson采用了一些优化策略，确保在处理大量数据时能够保持高效率。

  2. 代码量少、简洁：Gson的设计简洁，使用起来非常方便，开发者可以以较少的代码实现复杂的JSON处理功能。

  3. 面向对象：Gson支持Java对象的序列化，能够将复杂的Java对象（包括嵌套对象和集合）转换为JSON字符串，同时也支持将JSON字符串反序列化为Java对象。

  4. 数据传递和解析方便：Gson提供了灵活的数据传递和解析方式，使得在前后端之间传递数据时变得非常方便。

  5. 自定义序列化和反序列化：Gson允许开发者通过实现JsonSerializer和JsonDeserializer接口来自定义对象的序列化和反序列化过程，以满足特定需求。

  6. 支持复杂对象：Gson能够处理复杂的Java对象，包括嵌套对象和集合，它会自动处理对象之间的关系，将它们转换为相应的JSON格式。

  7. 与Android兼容：Gson在Android开发中也被广泛使用，因为它与Android平台兼容，能够方便地处理Android应用中的JSON数据。

  8. 性能优化：对于大型数据集，Gson提供了性能优化的选项，如使用JsonReader和JsonWriter进行流式处理，以减少内存占用并提高处理速度。

  9. 版本控制：Gson支持使用@Since和@Until注解来指定字段的版本信息，以便在对象模型发生变化时保持向后和向前兼容性。

  10. 处理空值和异常：Gson能够处理Java对象中的null值，并将它们序列化为JSON字符串中的null。同时，Gson也提供了异常处理机制，以便在反序列化过程中捕获和处理可能出现的异常。

3、Gson常用的API

3.1. Gson对象的创建

  • 直接创建：通过new Gson()直接创建一个Gson对象，使用默认配置。

  • GsonBuilder：使用GsonBuilder类可以构建自定义配置的Gson对象，如设置日期格式、排除空值、自定义序列化器等。

3.2. 序列化

  • toJson()方法：将Java对象序列化为JSON字符串。Gson提供了多个重载的toJson()方法，支持将对象、对象数组、集合等转换为JSON字符串。

3.3. 反序列化

  • fromJson()方法：将JSON字符串反序列化为Java对象。Gson同样提供了多个重载的fromJson()方法，支持将JSON字符串解析为指定的Java对象、对象数组、集合等。

3.4. JsonElement、JsonObject和JsonArray

  • JsonElement：表示JSON树中的一个节点，可以是JsonObject、JsonArray、JsonPrimitive或JsonNull。

  • JsonObject：表示JSON对象，即键值对集合。可以通过get()方法获取特定键对应的值，使用put()方法添加或修改键值对。

  • JsonArray：表示JSON数组，即值的有序列表。可以使用get()方法按索引访问数组中的元素，使用add()方法添加元素。

3.5. TypeToken

  • 当需要将JSON字符串反序列化为泛型集合时，由于类型擦除，直接使用fromJson()方法会丢失泛型信息。此时，可以使用TypeToken类来捕获泛型信息。

3.6. 自定义序列化器与反序列化器

  • JsonSerializer和JsonDeserializer：Gson 1.x版本中提供的自定义序列化器和反序列化器接口，基于树型结构进行解析。

  • TypeAdapter：Gson 2.0版本中新增的自定义序列化器和反序列化器接口，基于流式结构进行解析，相比树型结构更节省内存。

3.7. 注解

Gson提供了一系列注解来支持复杂的序列化和反序列化场景，如：

  • @SerializedName：用于指定JSON属性名与Java字段名之间的映射关系。

  • @Expose：用于控制字段是否参与序列化和反序列化。

  • @JsonAdapter：用于指定字段或类使用自定义的序列化器或反序列化器。

  • @Since和@Until：用于控制字段的序列化版本。

3.8. 流式API

对于大量数据，Gson提供了流式API，即JsonReader和JsonWriter，可以有效地读写JSON数据，减少内存占用。

4、使用

4.1、引入依赖

<dependency><groupId>com.google.code.gson</groupId><artifactId>gson</artifactId><version>2.10.1</version>
</dependency>

4.2、简单示例(json->对象，对象->json)

package com.zhz.test.entity;import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Builder;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;import java.util.Date;@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@Builder
public class GsonStudent {private String name;private String sex;private Integer age;private Date birthday;
}
@Test
public void test() {// 创建Java对象GsonStudent gsonStudent = GsonStudent.builder().age(18).sex("男").birthday(new Date()).name("张三").build();// 创建Gson对象Gson gson = new Gson();// 序列化：将Java对象转换为JSON字符串(对象->json)String json = gson.toJson(gsonStudent);System.out.println(json); // 输出: {"name":"Alice","age":30}// 反序列化：将JSON字符串转换为Java对象(json->对象)GsonStudent newPerson = gson.fromJson(json, GsonStudent.class);System.out.println(newPerson.getName()); // 输出: AliceSystem.out.println(newPerson.getAge()); // 输出: 30
}

image.png

4.3、 自定义序列化器与反序列化器

通过实现JsonSerializer和JsonDeserializer接口来自定义序列化和反序列化过程。这在你需要处理复杂对象或特殊格式时非常有用。

package com.zhz.test.entity;import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Builder;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;import java.util.Date;@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@Builder
public class GsonStudent {private String name;private String sex;private Integer age;private Date birthday;
}

序列化器

package com.zhz.test.json.gson;import com.google.gson.JsonElement;
import com.google.gson.JsonObject;
import com.google.gson.JsonSerializationContext;
import com.google.gson.JsonSerializer;
import com.zhz.test.entity.GsonStudent;import java.lang.reflect.Type;public class GsonStudentSerializer implements JsonSerializer<GsonStudent> {@Overridepublic JsonElement serialize(GsonStudent src, Type typeOfSrc, JsonSerializationContext context) {JsonObject jsonObject = new JsonObject();jsonObject.addProperty("name", src.getName());// 假设我们对年龄进行特殊处理，比如加10jsonObject.addProperty("age", src.getAge() + 10);// 可以添加更多自定义逻辑return jsonObject;}
}

反序列化器

package com.zhz.test.json.gson;import com.google.gson.*;
import com.zhz.test.entity.GsonStudent;import java.lang.reflect.Type;public class GsonStudentDeserializer implements JsonDeserializer<GsonStudent> {@Overridepublic GsonStudent deserialize(JsonElement json, Type typeOfT, JsonDeserializationContext context) throws JsonParseException {JsonObject jsonObject = json.getAsJsonObject();String name = jsonObject.get("name").getAsString();// 假设我们从JSON中读取的年龄需要减10以还原原始值int age = jsonObject.get("age").getAsInt() - 10;// 创建并返回Person对象return GsonStudent.builder().name(name).age(age).build();}
}

测试代码

@Testpublic void testSerializable() {// 创建并注册自定义序列化器和反序列化器Gson gson = new GsonBuilder().registerTypeAdapter(GsonStudent.class, new GsonStudentSerializer()).registerTypeAdapter(GsonStudent.class, new GsonStudentDeserializer()).create();// 序列化GsonStudent gsonStudent = GsonStudent.builder().age(18).sex("男").birthday(new Date()).name("张三").build();String json = gson.toJson(gsonStudent);System.out.println(json); // 输出: {"name":"John","age":40}// 反序列化GsonStudent deserializedPerson = gson.fromJson(json, GsonStudent.class);System.out.println(deserializedPerson); // 输出: Person{name='John', age=20}}

image.png

4.4、排除字段

  • 使用@Expose注解来标记哪些字段应该被序列化或反序列化。未标记的字段将默认被排除。

  • 在Gson中，如果你想要排除某些字段，在序列化过程中不被包含到JSON字符串中，有几种方法可以实现这一点。然而，Gson本身并没有直接提供一个简单的注解来标记一个字段应该被排除。不过，你可以使用@Expose注解（虽然它主要用于Gson 2.x之前的版本，并且在新版本中可能不再推荐使用），或者更常见的是，使用GsonBuilder的excludeFieldsWithoutExposeAnnotation()方法结合@Expose注解（尽管这是标记哪些字段应该被包含，而不是排除），或者使用@SerializedName注解的变体（实际上不是用于排除，但可以用来避免生成JSON中的某些字段），或者通过自定义序列化器来完全控制序列化过程。

  • 不过，对于Gson 2.8及以上版本，简单地通过自定义序列化器来排除字段。以下是一个使用自定义序列化器来排除字段的示例：

package com.zhz.test.entity;import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Builder;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;import java.util.Date;@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@Builder
public class GsonStudent {private String name;private String sex;private Integer age;private Date birthday;
}
/*** 排除字段*/
@Test
public void testExclusion(){// 创建一个Gson实例，使用自定义的排除策略Gson gson = new GsonBuilder().setExclusionStrategies(new ExclusionStrategy() {@Overridepublic boolean shouldSkipField(FieldAttributes f) {// 这里可以根据字段名、类型等条件来排除字段// 例如，排除所有名为"age"的字段return "age".equals(f.getName());}@Overridepublic boolean shouldSkipClass(Class<?> clazz) {// 这里可以根据类来排除整个类的序列化，但通常不需要return false;}}).create();// 序列化GsonStudent gsonStudent = GsonStudent.builder().age(18).sex("男").birthday(new Date()).name("张三").build();// 序列化Person对象，注意"age"字段被排除了String json = gson.toJson(gsonStudent);System.out.println(json); // 输出可能类似于: {"name":"John"}
}

image.png

4.5、格式化输出

使用GsonBuilder的setPrettyPrinting()方法可以使Gson以更易读的格式输出JSON字符串。

package com.zhz.test.entity;import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Builder;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;import java.util.Date;@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@Builder
public class GsonStudent {private String name;private String sex;private Integer age;private Date birthday;
}
@Test
public void testPrettyPrinting(){// 使用GsonBuilder设置格式化输出并创建Gson对象Gson gson = new GsonBuilder().setPrettyPrinting().create();GsonStudent gsonStudent = GsonStudent.builder().age(18).sex("男").birthday(new Date()).name("张三").build();// 将Person对象序列化为格式化的JSON字符串String jsonString = gson.toJson(gsonStudent);// 输出结果System.out.println(jsonString);
}

image.png

4.6、处理泛型

对于泛型集合，Gson提供了TypeToken来捕获泛型信息，以便正确地进行反序列化。

基本对象

package com.zhz.test.entity;import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Builder;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;import java.util.Date;@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@Builder
public class GsonStudent {private String name;private String sex;private Integer age;private Date birthday;
}

处理List集合

   /*** 测试泛型*/@Testpublic void testPansexual(){// 序列化GsonStudent gsonStudent = GsonStudent.builder().age(18).sex("男").birthday(new Date()).name("张三").build();// 创建一个包含Person对象的ListList<GsonStudent> gsonStudents = new ArrayList<>();gsonStudents.add(gsonStudent);// 创建Gson实例Gson gson = new Gson();// 序列化List<Person>为JSON字符串String json = gson.toJson(gsonStudents);System.out.println(json);// 反序列化JSON字符串回List<Person>// 注意：由于类型擦除，我们需要使用TypeToken来捕获List<Person>的类型信息Type listType = new TypeToken<List<GsonStudent>>(){}.getType();List<GsonStudent> deserializedPersons = gson.fromJson(json, listType);// 输出反序列化后的List内容for (GsonStudent gsonStudent1 : deserializedPersons) {System.out.println(gsonStudent1);}}

image.png

处理Set

/*** 测试Set泛型*/@Testpublic void testPansexualSet(){// 序列化GsonStudent gsonStudent = GsonStudent.builder().age(18).sex("男").birthday(new Date()).name("张三").build();// 创建一个包含Person对象的ListSet<GsonStudent> gsonStudents = new HashSet<>();gsonStudents.add(gsonStudent);// 创建Gson实例Gson gson = new Gson();// 序列化List<Person>为JSON字符串String json = gson.toJson(gsonStudents);System.out.println(json);// 反序列化JSON字符串回List<Person>// 注意：由于类型擦除，我们需要使用TypeToken来捕获List<Person>的类型信息Type setType = new TypeToken<Set<GsonStudent>>(){}.getType();Set<GsonStudent> deserializedPersons = gson.fromJson(json, setType);// 输出反序列化后的List内容for (GsonStudent gsonStudent1 : deserializedPersons) {System.out.println(gsonStudent1);}}

image.png

处理Map

/*** 测试Map泛型*/@Testpublic void testPansexualMap(){// 序列化GsonStudent gsonStudent = GsonStudent.builder().age(18).sex("男").birthday(new Date()).name("张三").build();// 创建一个包含Person对象的ListMap<String,GsonStudent> gsonStudents = new HashMap<>();gsonStudents.put("111",gsonStudent);// 创建Gson实例Gson gson = new Gson();// 序列化List<Person>为JSON字符串String json = gson.toJson(gsonStudents);System.out.println(json);// 反序列化JSON字符串回List<Person>// 注意：由于类型擦除，我们需要使用TypeToken来捕获List<Person>的类型信息Type mapType = new TypeToken<Map<String,GsonStudent>>(){}.getType();Map<String,GsonStudent> deserializedPersons = gson.fromJson(json, mapType);// 输出反序列化后的Map内容for (Map.Entry<String, GsonStudent> entry : deserializedPersons.entrySet()) {System.out.println(entry.getKey()+"\t"+entry.getValue());}}

image.png

4.7、处理日期格式

Gson本身并不直接提供注解来指定日期格式，但你可以通过自定义序列化器（JsonSerializer）和反序列化器（JsonDeserializer）来解决这个问题。

以下是一个处理日期格式的示例，展示了如何为java.util.Date类型自定义序列化器和反序列化器，并设置特定的日期格式（例如，yyyy-MM-dd）。代码如下：

package com.zhz.test.entity;import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Builder;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;import java.util.Date;@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@Builder
public class GsonStudent {private String name;private String sex;private Integer age;private Date birthday;
}

自定义Date序列化

package com.zhz.test.json.gson;import com.google.gson.JsonElement;
import com.google.gson.JsonPrimitive;
import com.google.gson.JsonSerializationContext;
import com.google.gson.JsonSerializer;import java.lang.reflect.Type;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;public class DateSerializer implements JsonSerializer<Date> {private static final SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");@Overridepublic JsonElement serialize(Date src, Type typeOfSrc, JsonSerializationContext context) {return new JsonPrimitive(dateFormat.format(src));}
}

自定义Date反序列化器

package com.zhz.test.json.gson;import com.google.gson.JsonDeserializationContext;
import com.google.gson.JsonDeserializer;
import com.google.gson.JsonElement;
import com.google.gson.JsonParseException;import java.lang.reflect.Type;
import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;public class DateDeserializer implements JsonDeserializer<Date> {private static final SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");@Overridepublic Date deserialize(JsonElement json, Type typeOfT, JsonDeserializationContext context) throws JsonParseException {try {return dateFormat.parse(json.getAsString());} catch (ParseException e) {throw new JsonParseException(e);}}
}

测试demo

@Test
public void testDate(){Gson gson = new GsonBuilder().registerTypeAdapter(Date.class, new DateSerializer()).registerTypeAdapter(Date.class, new DateDeserializer()).create();// 序列化GsonStudent gsonStudent = GsonStudent.builder().age(18).sex("男").birthday(new Date()).name("张三").build();// 序列化对象String json = gson.toJson(gsonStudent);System.out.println(json); // 输出类似：{"date":"2023-04-01"}// 反序列化JSON字符串GsonStudent deserializedObj = gson.fromJson(json, GsonStudent.class);System.out.println(deserializedObj.getBirthday()); // 输出：对应的Date对象，但注意它只包含日期部分
}

image.png

4.8、处理异常

在使用Gson库处理JSON数据时，可能会遇到各种异常情况，例如解析错误、类型转换错误等。Gson通过抛出异常来指示这些错误情况，因此你需要适当地捕获和处理这些异常。Gson主要会抛出以下几种类型的异常：

  1. JsonSyntaxException：当输入的JSON字符串不符合JSON规范时，Gson会抛出此异常。这通常发生在解析JSON数据时。

  2. JsonParseException：Gson在解析JSON时，如果遇到无法理解的格式或结构，也会抛出此异常。虽然Gson主要使用JsonSyntaxException，但在某些情况下（或旧版本中），你可能会遇到JsonParseException。

  3. JsonIOException：当Gson在读取或写入JSON数据时遇到I/O错误时，会抛出此异常。这通常与文件或网络I/O操作相关。

  4. IllegalStateException：虽然这不是Gson特有的异常，但在Gson的使用中，如果Gson的状态不正确（比如，在反序列化过程中尝试修改JsonReader的状态），则可能会抛出此异常。

  5. TypeMismatchException（Gson 2.8.6及以后版本）：这是一个自定义的异常，用于指示在反序列化过程中类型不匹配的情况。它可以帮助你更容易地识别和处理类型错误。

  6. IllegalArgumentException 和 NullPointerException：这些Java标准异常也可能在Gson的使用中出现，尤其是在处理无效输入或配置错误时。

解决方案，只需要在fromJson ，toJson的时候加个try/catch就好了

@Test
public void testTryCatch() {// 创建Java对象GsonStudent gsonStudent = GsonStudent.builder().age(18).sex("男").birthday(new Date()).name("张三").build();// 创建Gson对象Gson gson = new Gson();// 序列化：将Java对象转换为JSON字符串String json = gson.toJson(gsonStudent);System.out.println(json); // 输出: {"name":"Alice","age":30}try {// 反序列化：将JSON字符串转换为Java对象GsonStudent newPerson = gson.fromJson(json, GsonStudent.class);System.out.println(newPerson.getName()); // 输出: AliceSystem.out.println(newPerson.getAge()); // 输出: 30}catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);}
}

4.9、字段访问权限

Gson默认只能访问类中的公共字段（public fields）和方法。如果类变量的访问权限不是公共的（如private、protected或默认包级私有），Gson就无法直接访问到这些变量。为了解决这个问题，Gson提供了几种方法：

  • 使用@Expose注解：通过@Expose注解，可以将非公共字段标记为可序列化和反序列化的字段。但请注意，要使用这个注解，必须在创建Gson对象时通过GsonBuilder配置Gson实例，以包含@Expose注解的字段。

  • 自定义序列化器和反序列化器：通过实现JsonSerializer和JsonDeserializer接口，可以自定义序列化和反序列化的逻辑，从而控制对字段的访问。

  • 修改字段访问权限：虽然这不是最佳实践，但在某些情况下，将字段的访问权限修改为public可能是一个简单的解决方案。

4.10、循环引用

循环引用是指两个或多个对象之间相互引用的现象。在Java中，循环引用可能导致内存泄漏和程序崩溃等问题。Gson提供了处理循环引用的方法：

  • 自动处理：在大多数情况下，Gson能够自动处理循环引用，确保数据结构的稳定性。这通常是通过在序列化过程中检测并处理循环引用来实现的。

  • 自定义序列化器和反序列化器：对于复杂的循环引用情况，可以通过自定义序列化器和反序列化器来特别处理循环引用，如跳过循环引用对象的某些属性等。

  • 使用GsonBuilder的setExclusionStrategies：通过实现ExclusionStrategy接口，可以定义排除策略，从而在序列化或反序列化过程中排除特定的字段或类。

4.11、性能优化&TypeAdapter测试用例

Gson的性能优化可以从多个方面入手：

  • 全局Gson对象：在项目中提供一个全局的Gson对象，以避免频繁创建Gson实例带来的性能开销。

  • 避免不必要的序列化：只序列化需要的数据，避免序列化整个对象图，特别是包含大量不必要数据或复杂对象图的情况。

  • 自定义序列化器和反序列化器：通过自定义序列化器和反序列化器，可以优化序列化和反序列化的过程，减少不必要的计算或内存使用。

  • 使用流式API（TypeAdapter）：Gson 2.0引入了TypeAdapter，这是一个基于流式结构的API，相比基于树型结构的JsonSerializer和JsonDeserializer，TypeAdapter更节省内存。\

下面给一个TypeAdapter的测试用例

package com.zhz.test.entity;import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Builder;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;import java.util.Date;@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@Builder
public class GsonStudent {private String name;private String sex;private Integer age;private Date birthday;
}
package com.zhz.test.json.gson;import com.google.gson.TypeAdapter;
import com.google.gson.stream.JsonReader;
import com.google.gson.stream.JsonToken;
import com.google.gson.stream.JsonWriter;
import com.zhz.test.entity.GsonStudent;import java.io.IOException;public class GsonStudentTypeAdapter extends TypeAdapter<GsonStudent> {@Overridepublic void write(JsonWriter out, GsonStudent value) throws IOException {if (value == null) {out.nullValue();return;}out.beginObject();out.name("name").value(value.getName());out.name("age").value(value.getAge());out.endObject();}@Overridepublic GsonStudent read(JsonReader in) throws IOException {if (in.peek() == JsonToken.NULL) {in.nextNull();return null;}in.beginObject();String name = null;int age = 0;while (in.hasNext()) {switch (in.nextName()) {case "name":name = in.nextString();break;case "age":age = in.nextInt();break;default:in.skipValue(); // 忽略未知字段}}in.endObject();return GsonStudent.builder().age(age).name(name).build();}
}

@Test
public void testSerializationAndDeserialization() {// 序列化GsonStudent gsonStudent = GsonStudent.builder().age(18).sex("男").birthday(new Date()).name("张三").build();Gson gson = new GsonBuilder().registerTypeAdapter(GsonStudent.class, new GsonStudentTypeAdapter()).create();// 序列化String json = gson.toJson(gsonStudent);System.out.println(json);// 反序列化GsonStudent deserializedUser = gson.fromJson(json, GsonStudent.class);System.out.println(deserializedUser);
}

4.12、版本控制

Gson的版本控制主要涉及到两个方面：

  • Gson库的版本：在使用Gson时，应关注Gson库的最新版本，以便利用新功能和性能改进。同时，也需要注意版本兼容性，避免升级后引入不兼容的变更。

  • 序列化数据的版本：在序列化数据时，有时需要控制数据的版本，以便在反序列化时能够处理不同版本的数据。Gson提供了@Since和@Until注解，用于声明字段的起始和终止序列化版本。这样，在反序列化时，只有满足版本条件的字段才会被包含在内。

5、注意事项

  1. 版本兼容性：Gson的不同版本之间可能存在一些差异，特别是API的变化。因此，在升级Gson版本时，请务必参考官方文档或更新日志。

  2. 性能优化：对于大型数据集，Gson提供了流式API（JsonReader和JsonWriter）来减少内存占用并提高性能。

  3. 安全性：在处理不受信任的JSON数据时，请确保你的应用程序能够正确处理潜在的安全问题，如JSON注入攻击。

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