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java實現(xiàn)讀寫json文件的示例詳解

 更新時間:2025年05月27日 09:22:54   作者:Katie。  
隨著現(xiàn)代應用對數(shù)據(jù)交換和配置管理需求的增加,JSON(JavaScript Object Notation)已成為最流行的數(shù)據(jù)格式之一,本文將為大家全面展示 Java 讀寫 JSON 文件的端到端流程,需要的小伙伴可以了解下

1. 項目背景詳細介紹

隨著現(xiàn)代應用對數(shù)據(jù)交換和配置管理需求的增加,JSON(JavaScript Object Notation)已成為最流行的數(shù)據(jù)格式之一。其結構清晰、可讀性高、跨語言支持廣泛,適用于配置文件、日志輸出、前后端數(shù)據(jù)交互等多種場景。Java 平臺上,雖然原生沒有提供對 JSON 的直接支持,但通過第三方庫(如 Jackson、Gson、Fastjson 等),可以非常便捷地實現(xiàn) JSON 文件的讀寫和對象映射。

本項目旨在通過一個簡單的“用戶配置”示例,全面展示 Java 讀寫 JSON 文件的端到端流程,包括:定義數(shù)據(jù)模型、使用 Jackson 庫讀寫 JSON 文件、異常處理與單元測試等。文章適合 Java 初學者,以及希望掌握 JSON 操作的開發(fā)者,既可作為博客,也可用于課堂教學。

2. 項目需求詳細介紹

2.1 功能需求

1.讀取 JSON 文件

  • 從指定路徑加載 JSON 文件;
  • 將 JSON 內(nèi)容解析為 Java 對象。

2.寫入 JSON 文件

  • 將 Java 對象序列化為 JSON 字符串;
  • 寫入指定路徑的文件,支持覆蓋與追加兩種模式。

3.數(shù)據(jù)模型定義

  • 定義 UserConfig 類,包含多種字段類型(字符串、整數(shù)、列表、嵌套對象等);
  • 通過注解或配置,實現(xiàn)字段與 JSON 鍵的靈活映射。

4.異常與校驗

  • 讀取異常(文件未找到、格式錯誤)應捕獲并給出友好提示;
  • 寫入時處理 I/O 錯誤與磁盤空間不足情況;
  • 對必需字段進行非空校驗。

5.單元測試與示例

  • 提供 JUnit 測試,驗證讀寫邏輯正確性;
  • 包含示例主程序,演示整個流程。

2.2 性能與非功能需求

性能:處理 1 萬條配置記錄的 JSON 文件,讀取/寫入時間 < 200ms;

可維護性:模塊化設計,代碼清晰注釋詳盡;

易用性:API 簡單直觀,README 指南完整;

兼容性:支持 Java 8 及以上版本;

3. 相關技術詳細介紹

1.Jackson

  • 最流行的 Java JSON 處理庫;
  • 提供 ObjectMapper,支持注解方式(@JsonProperty、@JsonInclude 等);
  • 支持流式(Streaming)、樹模型(Tree Model)、數(shù)據(jù)綁定(Data Binding)多種用法。

2.Gson / Fastjson 簡述

  • Gson:Google 開源,API 簡潔,但對泛型支持需 TypeToken;
  • Fastjson:阿里巴巴開源,性能較好,但安全性需注意。

3.Java I/O 與 NIO

  • 使用 Files、Paths 等簡單 API;
  • 對大文件可采用 NIO 通道和緩沖區(qū)優(yōu)化。

4.JUnit 5

  • 單元測試框架,用于驗證 JSON 讀寫功能;
  • 支持斷言、異常測試、臨時文件夾規(guī)則等。

4. 實現(xiàn)思路詳細介紹

1.項目結構

json-demo/
├─ src/
│  ├─ main/
│  │  ├─ java/com/example/json/
│  │  │  ├─ model/UserConfig.java
│  │  │  ├─ util/JsonUtils.java
│  │  │  └─ App.java
│  └─ test/
│     └─ java/com/example/json/
│        └─ JsonUtilsTest.java
└─ pom.xml

2.核心流程

  • 定義 UserConfig:包括 id、name、email、roles(列表)、profile(嵌套對象)等字段;
  • 在 JsonUtils 中封裝 readJson(path, Class<T>) 與 writeJson(path, obj, boolean append) 方法;
  • 在 App 中調用上述工具方法,實現(xiàn)讀取 → 修改 → 寫入的示例流程;
  • 使用 JUnit 測試讀寫結果與異常處理。

3.字段映射與注解

  • 使用 @JsonProperty("user_id") 映射字段名;
  • 配置 ObjectMapper 忽略未知屬性、忽略空字段。

4.大文件性能優(yōu)化

  • 對于超大 JSON 文件(>100MB),采用 Jackson Streaming API:JsonParser / JsonGenerator;
  • 結合 BufferedInputStream 與 BufferedOutputStream,減少 I/O 調用次數(shù)。

5.異常處理策略

  • 捕獲 IOException、JsonProcessingException,包裝為自定義 JsonException;
  • 在調用處進行區(qū)分處理:提示用戶、重試或退出。

5. 完整實現(xiàn)代碼

pom.xml

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" ...>
  <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
  <groupId>com.example</groupId>
  <artifactId>json-demo</artifactId>
  <version>1.0-SNAPSHOT</version>
  <dependencies>
    <!-- Jackson 核心 -->
    <dependency>
      <groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId>
      <artifactId>jackson-databind</artifactId>
      <version>2.15.2</version>
    </dependency>
    <!-- JUnit 5 -->
    <dependency>
      <groupId>org.junit.jupiter</groupId>
      <artifactId>junit-jupiter</artifactId>
      <version>5.9.2</version>
      <scope>test</scope>
    </dependency>
  </dependencies>
  <build>
    <plugins>
      <plugin>
        <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
        <artifactId>maven-surefire-plugin</artifactId>
        <version>3.0.0-M7</version>
      </plugin>
    </plugins>
  </build>
</project>

java代碼

// ========== src/main/java/com/example/json/model/UserConfig.java ==========
package com.example.json.model;
 
import com.fasterxml.jackson.annotation.JsonInclude;
import com.fasterxml.jackson.annotation.JsonProperty;
import java.util.List;
import java.util.Map;
 
/**
 * 用戶配置模型
 */
@JsonInclude(JsonInclude.Include.NON_NULL)
public class UserConfig {
    @JsonProperty("user_id")
    private int id;
 
    private String name;
    private String email;
 
    private List<String> roles;
 
    private Map<String, Object> profile;
 
    // 構造方法、getter、setter 省略
}
 
// ========== src/main/java/com/example/json/util/JsonUtils.java ==========
package com.example.json.util;
 
import com.example.json.model.UserConfig;
import com.fasterxml.jackson.core.JsonFactory;
import com.fasterxml.jackson.core.JsonParser;
import com.fasterxml.jackson.core.JsonGenerator;
import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;
import com.fasterxml.jackson.databind.SerializationFeature;
 
import java.io.*;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.util.List;
 
/**
 * JSON 讀寫工具類
 */
public class JsonUtils {
 
    private static final ObjectMapper MAPPER = new ObjectMapper();
    static {
        MAPPER.configure(SerializationFeature.INDENT_OUTPUT, true);
        MAPPER.configure(JsonParser.Feature.AUTO_CLOSE_SOURCE, true);
    }
 
    /**
     * 讀取 JSON 文件到指定類型對象
     */
    public static <T> T readJson(String filePath, Class<T> clazz) throws JsonException {
        try {
            return MAPPER.readValue(new File(filePath), clazz);
        } catch (IOException e) {
            throw new JsonException("讀取 JSON 文件失敗: " + filePath, e);
        }
    }
 
    /**
     * 寫入對象為 JSON 文件
     * @param append 是否追加,true 時在文件末尾追加;false 覆蓋寫入
     */
    public static void writeJson(String filePath, Object obj, boolean append) throws JsonException {
        try (Writer writer = new BufferedWriter(new FileWriter(filePath, append))) {
            MAPPER.writeValue(writer, obj);
        } catch (IOException e) {
            throw new JsonException("寫入 JSON 文件失敗: " + filePath, e);
        }
    }
 
    /**
     * 大文件流式寫入示例
     */
    public static void writeJsonStream(String filePath, List<UserConfig> list) throws JsonException {
        JsonFactory factory = new JsonFactory();
        try (JsonGenerator gen = factory.createGenerator(new File(filePath), JsonFactory.Feature.WRITE_BIGDECIMAL_AS_PLAIN)) {
            gen.writeStartArray();
            for (UserConfig cfg : list) {
                MAPPER.writeValue(gen, cfg);
            }
            gen.writeEndArray();
        } catch (IOException e) {
            throw new JsonException("流式寫入 JSON 失敗: " + filePath, e);
        }
    }
}
 
// ========== src/main/java/com/example/json/util/JsonException.java ==========
package com.example.json.util;
 
/**
 * JSON 操作異常
 */
public class JsonException extends Exception {
    public JsonException(String message, Throwable cause) {
        super(message, cause);
    }
}
 
// ========== src/main/java/com/example/json/App.java ==========
package com.example.json;
 
import com.example.json.model.UserConfig;
import com.example.json.util.JsonUtils;
import com.example.json.util.JsonException;
 
import java.util.Arrays;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
 
public class App {
    public static void main(String[] args) {
        String path = "data/user_config.json";
 
        try {
            // 1. 讀取現(xiàn)有配置
            UserConfig cfg = JsonUtils.readJson(path, UserConfig.class);
            System.out.println("讀取配置: " + cfg);
 
            // 2. 修改并寫回
            cfg.setRoles(Arrays.asList("admin", "user"));
            Map<String,Object> profile = new HashMap<>();
            profile.put("age", 30);
            profile.put("address", "北京");
            cfg.setProfile(profile);
            JsonUtils.writeJson(path, cfg, false);
            System.out.println("寫入配置完成");
 
        } catch (JsonException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
 
// ========== src/test/java/com/example/json/JsonUtilsTest.java ==========
package com.example.json;
 
import com.example.json.model.UserConfig;
import com.example.json.util.JsonUtils;
import com.example.json.util.JsonException;
import org.junit.jupiter.api.*;
import java.nio.file.*;
 
@TestInstance(TestInstance.Lifecycle.PER_CLASS)
public class JsonUtilsTest {
 
    private final String testFile = "target/test_config.json";
 
    @BeforeAll
    void init() throws Exception {
        Files.createDirectories(Paths.get("target"));
    }
 
    @Test
    void testReadWrite() throws JsonException {
        UserConfig cfg = new UserConfig();
        cfg.setId(100);
        cfg.setName("測試");
        JsonUtils.writeJson(testFile, cfg, false);
 
        UserConfig read = JsonUtils.readJson(testFile, UserConfig.class);
        Assertions.assertEquals(100, read.getId());
        Assertions.assertEquals("測試", read.getName());
    }
 
    @Test
    void testReadNotFound() {
        Assertions.assertThrows(JsonException.class, () -> {
            JsonUtils.readJson("nonexistent.json", UserConfig.class);
        });
    }
}

6. 代碼詳細解讀

UserConfig:使用 Jackson 注解映射 JSON 字段,包含基本類型、列表、嵌套 Map。

JsonUtils.readJson:封裝 ObjectMapper.readValue,處理文件 I/O 與映射異常。

JsonUtils.writeJson:使用 BufferedWriter 控制覆蓋或追加模式,將對象序列化為格式化 JSON。

JsonUtils.writeJsonStream:演示流式寫入大文件,逐條序列化以降低內(nèi)存占用。

JsonException:統(tǒng)一包裝 JSON 相關異常,調用方可根據(jù)類型分別處理。

App:示例應用,展示讀取、修改、寫回的完整流程。

JsonUtilsTest:JUnit 5 單元測試,驗證正常讀寫、異常場景,確保工具類可靠。

7. 項目詳細總結

本項目通過 Jackson 庫與標準 Java I/O,完整實現(xiàn)了對 JSON 文件的讀寫,包括簡單場景與大文件流式場景;通過模塊化工具類、統(tǒng)一異常處理和單元測試,保證了代碼的可維護性與可靠性。項目結構清晰,注釋詳盡,適合快速上手和二次擴展。

8. 項目常見問題及解答

JSON 文件包含未知字段時如何處理?

默認 Jackson 會拋出異常,可通過 MAPPER.configure(DeserializationFeature.FAIL_ON_UNKNOWN_PROPERTIES, false) 忽略未知字段。

追加模式寫入的 JSON 格式如何保持合法?

追加時需控制文件內(nèi)容格式,可先讀入 List,添加后整體寫回,避免手動追加導致格式錯誤。

大文件讀寫導致 OOM?

對于超大數(shù)組,應使用 Jackson Streaming API,逐條讀寫,避免一次性加載。

如何在 Spring Boot 中集成?

將 JsonUtils 封裝為 @Component,并注入自定義配置的 ObjectMapper 即可。

多線程并發(fā)讀寫如何保證安全?

寫操作時可在工具類中加入 synchronized,或由調用方通過外部鎖保證;讀操作一般是無狀態(tài)的,可以并發(fā)執(zhí)行。

9. 擴展方向與性能優(yōu)化

支持 YAML / XML:添加 SnakeYAML、Jackson XML 模塊,實現(xiàn)多格式互轉。

異步 I/O:結合 NIO AsynchronousFileChannel,異步讀寫提升吞吐。

緩存機制:對頻繁讀取的配置引入內(nèi)存緩存,定時刷新或文件變更監(jiān)聽。

Schema 校驗:引入 JSON Schema,對輸入輸出進行嚴格校驗,保證數(shù)據(jù)一致性。

分布式配置:集成 Apollo、Spring Cloud Config,將 JSON 文件遷移至配置中心。

大文件并發(fā)處理:結合多線程分片讀取/寫入,并行序列化。

到此這篇關于java實現(xiàn)讀寫json文件的示例詳解的文章就介紹到這了,更多相關java讀寫json內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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