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什么是 Schema？

如果您曾经使用过 XML Schema、RelaxNG 或 ASN.1，您可能已经知道什么是模式，并且可以愉快地跳到下一部分。如果这一切对您来说听起来像天书，那么您来对地方了。要定义 JSON Schema 是什么，我们可能应该首先定义 JSON 是什么。

JSON 代表“JavaScript Object Notation”，一种简单的数据交换格式。它最初是作为万维网的符号。由于 JavaScript 存在于大多数 Web 浏览器中，并且 JSON 基于 JavaScript，因此很容易支持。然而，它已被证明足够有用且足够简单，以至于它现在被用于许多其他不涉及网上冲浪的环境中。

从本质上讲，JSON 建立在以下数据结构上：

  • 对象（object）

    { "key1": "value1", "key2": "value2" }

  • 数组（array）

    [ "first", "second", "third" ]

  • 数字（integer/number）

    42
    3.1415926

  • 字符串（string）

    "This is a string"

  • 布尔值（boolean）

    true false

  • null

    null

在大多数编程语言中都有类似类型，尽管它们可能有不同的名称。

下表从 JSON 类型的名称映射到它们在 Python 中的类似类型：

JSONPython
stringstring [4]
numberint/float [5]
objectdict
arraylist
booleanbool
nullNone

下表将 JSON 类型的名称映射到它们在 Ruby 中的类似类型：

JSONRuby
stringString
numberInteger/Float [6]
objectHash
arrayArray
booleanTrueClass/FalseClass
nullNilClass

通过这些简单的数据类型，各种结构化数据都可以被表示。然而，这种巨大的灵活性伴随着巨大的责任，因为同一个概念可以以多种方式表示。例如，您可以想象以不同的方式在 JSON 中表示一个人的信息：

{
  "name": "George Washington",
  "birthday": "February 22, 1732",
  "address": "Mount Vernon, Virginia, United States"
}

{
  "first_name": "George",
  "last_name": "Washington",
  "birthday": "1732-02-22",
  "address": {
    "street_address": "3200 Mount Vernon Memorial Highway",
    "city": "Mount Vernon",
    "state": "Virginia",
    "country": "United States"
  }
}

尽管第二种显然比第一种更正式,但是两种表述同样有效。记录的设计在很大程度上取决于它在应用程序中的预期用途，因此这里没有正确或错误的答案。然而，当应用程序说“给我一个人的 JSON 记录”时，准确地知道该记录应该如何组织是很重要的。例如，我们需要知道哪些字段是预期的，以及这些值是如何表示的。这就是 JSON Schema 的用武之地。以下 JSON Schema 片段描述了上面第二个示例的结构。现在不要太担心细节。它们将在后续章节中进行解释。

{
  "type": "object",
  "properties": {
    "first_name": { "type": "string" },
    "last_name": { "type": "string" },
    "birthday": { "type": "string", "format": "date" },
    "address": {
      "type": "object",
      "properties": {
        "street_address": { "type": "string" },
        "city": { "type": "string" },
        "state": { "type": "string" },
        "country": { "type" : "string" }
      }
    }
  }
}

通过针对此模式“验证”的一个失败案例如下：

{
  "name": "George Washington",
  "birthday": "February 22, 1732",
  "address": "Mount Vernon, Virginia, United States"
}

然而，第二个例子通过了，如下：

{
  "first_name": "George",
  "last_name": "Washington",
  "birthday": "1732-02-22",
  "address": {
    "street_address": "3200 Mount Vernon Memorial Highway",
    "city": "Mount Vernon",
    "state": "Virginia",
    "country": "United States"
  }
}

您可能已经注意到 JSON Schema 本身是用 JSON 编写的。它是数据本身，而不是计算机程序。它只是一种用于“描述其他数据结构”的声明性格式。这既是它的优点也是它的缺点（它与其他类似的模式语言共享）。简明地描述数据的表面结构并根据它自动验证数据很容易。但是，由于 JSON Schema 不能包含任意代码，因此在表达数据元素之间的关系上有所限制。因此，用于足够复杂的数据格式的任何“验证工具”都可能有两个验证阶段：一个在模式（或结构）级别，一个在语义级别。后一种检查可能需要使用更通用的编程语言来实现。