Python JSON：文本、文件、类型转换与读取约束

json 把 Python 中的基本数据转换为 JSON 文本，也能把 JSON 文本解析回来。它适合配置、接口消息和跨语言交换；转换过程保留约定的数据值，不保留 Python 对象身份或所有类型。

本文按 Python 3.11 的标准库接口组织示例。

四个接口：字符串与文件分别处理

接口	输入	输出或作用
json.dumps(obj)	Python 对象	返回 str
json.loads(text)	JSON str；也支持符合要求的 bytes、bytearray	返回 Python 对象
json.dump(obj, file)	对象与能写入字符串的文件对象	向文件写 JSON 文本
json.load(file)	能读取 JSON 内容的文件对象	解析一个 JSON 文档

dumps 返回的不是字节流。写普通 JSON 文件时，明确使用文本模式和 UTF-8；传输字节时，再对字符串调用 .encode("utf-8")。ensure_ascii=False 控制中文是否保留为字符，它并不负责设置文件编码。Python json：基本接口

下面是可直接运行的往返示例。它先创建数据和文件，不依赖工作目录里预先存在 person.json。

import json
from pathlib import Path
from tempfile import TemporaryDirectory

person = {
    "name": "小林",
    "age": 20,
    "active": True,
    "address": {"city": "北京", "street": "中山路"},
    "nickname": None,
}

text = json.dumps(person, ensure_ascii=False, indent=2, allow_nan=False)
assert isinstance(text, str)
assert "小林" in text
assert json.loads(text) == person
assert json.loads(text.encode("utf-8")) == person

with TemporaryDirectory() as directory:
    path = Path(directory) / "person.json"
    with path.open("w", encoding="utf-8") as file:
        json.dump(person, file, ensure_ascii=False, indent=2, allow_nan=False)
        file.write("\n")
    with path.open("r", encoding="utf-8") as file:
        restored = json.load(file)
    assert restored == person

值能往返，不代表类型和关系原样往返

Python 输入	JSON 表示	默认解析结果与边界
dict	object	恢复为 dict；JSON 键是字符串
list、tuple	array	都恢复为 list，元组类型丢失
str	string	恢复为 str
int、有限 float	number	通常恢复为 int、float；接收方的数值范围和精度可能不同
True、False	true、false	恢复为布尔值
None	null	恢复为 None
set、bytes、日期、自定义实例	无默认编码	先制定转换约定，或提供明确的 default 编码函数

json.loads(json.dumps({1: "one"})) 得到 {"1": "one"}。如果输入同时含整数键 1 和字符串键 "1"，转换后还会发生名称冲突。接口数据最好从开始就使用字符串键。

两个字段引用同一个列表时，JSON 可以写出两份相同的数组，但解析结果不会保留原来的共享关系；循环引用默认会报错。它因此不能代替 copy 的对象图复制 或 pickle 的 Python 对象序列化。类型转换表

格式控制与常见解析误解

indent=2 便于阅读；separators=(",", ":") 删除不必要的分隔空格；sort_keys=True 便于比较结果，但不等于实现某个密码学签名所要求的规范化格式。

JSON 字符串和键使用双引号，不支持 Python 的单引号字面量、注释或尾随逗号。JSON 文档的顶层可以是数组、对象，也可以是一个字符串、数字、布尔值或 null；要求顶层必须为对象是应用自己的约定。

Python 默认编码允许输出 NaN、Infinity，默认解析也接受这些扩展值；其他 JSON 实现未必接受。编码时可设 allow_nan=False。解析对象遇到重复键时默认保留最后一个值，若业务不允许覆盖，需要自己拒绝。兼容性说明

为配置读取加上明确约束

下面的读取函数只接受字符串输入，并明确拒绝过长输入、重复键、非有限浮点数及非对象顶层。parse_constant 拒绝 NaN 等名字；parse_float 还处理 1e400 这类普通数字文本转换为无穷大的情况。这不是完整的业务 schema 验证，字段名、类型、范围仍应另外检查。

import json
import math

def load_config(text):
    if not isinstance(text, str):
        raise TypeError("configuration must be text")
    if len(text.encode("utf-8")) > 65_536:
        raise ValueError("configuration exceeds 64 KiB")

    def unique_object(pairs):
        result = {}
        for key, value in pairs:
            if key in result:
                raise ValueError(f"duplicate key: {key}")
            result[key] = value
        return result

    def finite_float(token):
        value = float(token)
        if not math.isfinite(value):
            raise ValueError("non-finite number")
        return value

    def reject_constant(token):
        raise ValueError(f"unsupported numeric constant: {token}")

    result = json.loads(
        text,
        object_pairs_hook=unique_object,
        parse_float=finite_float,
        parse_constant=reject_constant,
    )
    if not isinstance(result, dict):
        raise ValueError("configuration root must be an object")
    return result

assert load_config('{"name":"传感器","gain":1.25}') == {
    "name": "传感器", "gain": 1.25
}
for invalid in ('{"x":1,"x":2}', '{"x":NaN}', '{"x":1e400}', '[1,2]'):
    try:
        load_config(invalid)
    except ValueError:
        pass
    else:
        raise AssertionError(f"unexpectedly accepted: {invalid}")

数字需要十进制精确语义时，可以通过 parse_float=decimal.Decimal 接收浮点形式的数字文本；这同时改变了解析结果的类型，后续再次写出 JSON 时也要约定编码方式。strict=True 主要约束字符串中的控制字符，不能替代上述重复键或非有限数检查。解码器参数

解析语法失败时，JSONDecodeError 提供行号、列号和位置，可用于报错定位。限制输入大小只能控制一部分资源消耗；复杂度、嵌套深度与字段验证仍是读取流程的一部分。

一个文件包含一个文档

连续对同一文件调用两次 json.dump，通常会拼成两个相邻文档，不能再作为单个 JSON 文档交给 json.load。少量记录可写成一个列表；逐行记录则应明确采用 JSON Lines 约定，每行单独编码、单独解析，且每条记录内部不能使用跨行缩进。这两种存储布局不要混用。