java实现读写json文件的示例详解
作者:Katie。
1. 项目背景详细介绍
随着现代应用对数据交换和配置管理需求的增加,JSON(JavaScript Object Notation)已成为最流行的数据格式之一。其结构清晰、可读性高、跨语言支持广泛,适用于配置文件、日志输出、前后端数据交互等多种场景。Java 平台上,虽然原生没有提供对 JSON 的直接支持,但通过第三方库(如 Jackson、Gson、Fastjson 等),可以非常便捷地实现 JSON 文件的读写和对象映射。
本项目旨在通过一个简单的“用户配置”示例,全面展示 Java 读写 JSON 文件的端到端流程,包括:定义数据模型、使用 Jackson 库读写 JSON 文件、异常处理与单元测试等。文章适合 Java 初学者,以及希望掌握 JSON 操作的开发者,既可作为博客,也可用于课堂教学。
2. 项目需求详细介绍
2.1 功能需求
1.读取 JSON 文件
- 从指定路径加载 JSON 文件;
- 将 JSON 内容解析为 Java 对象。
2.写入 JSON 文件
- 将 Java 对象序列化为 JSON 字符串;
- 写入指定路径的文件,支持覆盖与追加两种模式。
3.数据模型定义
- 定义 UserConfig 类,包含多种字段类型(字符串、整数、列表、嵌套对象等);
- 通过注解或配置,实现字段与 JSON 键的灵活映射。
4.异常与校验
- 读取异常(文件未找到、格式错误)应捕获并给出友好提示;
- 写入时处理 I/O 错误与磁盘空间不足情况;
- 对必需字段进行非空校验。
5.单元测试与示例
- 提供 JUnit 测试,验证读写逻辑正确性;
- 包含示例主程序,演示整个流程。
2.2 性能与非功能需求
性能:处理 1 万条配置记录的 JSON 文件,读取/写入时间 < 200ms;
可维护性:模块化设计,代码清晰注释详尽;
易用性:API 简单直观,README 指南完整;
兼容性:支持 Java 8 及以上版本;
3. 相关技术详细介绍
1.Jackson
- 最流行的 Java JSON 处理库;
- 提供 ObjectMapper,支持注解方式(@JsonProperty、@JsonInclude 等);
- 支持流式(Streaming)、树模型(Tree Model)、数据绑定(Data Binding)多种用法。
2.Gson / Fastjson 简述
- Gson:Google 开源,API 简洁,但对泛型支持需 TypeToken;
- Fastjson:阿里巴巴开源,性能较好,但安全性需注意。
3.Java I/O 与 NIO
- 使用 Files、Paths 等简单 API;
- 对大文件可采用 NIO 通道和缓冲区优化。
4.JUnit 5
- 单元测试框架,用于验证 JSON 读写功能;
- 支持断言、异常测试、临时文件夹规则等。
4. 实现思路详细介绍
1.项目结构
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
- 定义 UserConfig:包括 id、name、email、roles(列表)、profile(嵌套对象)等字段;
- 在 JsonUtils 中封装 readJson(path, Class<T>) 与 writeJson(path, obj, boolean append) 方法;
- 在 App 中调用上述工具方法,实现读取 → 修改 → 写入的示例流程;
- 使用 JUnit 测试读写结果与异常处理。
3.字段映射与注解
- 使用 @JsonProperty("user_id") 映射字段名;
- 配置 ObjectMapper 忽略未知属性、忽略空字段。
4.大文件性能优化
- 对于超大 JSON 文件(>100MB),采用 Jackson Streaming API:JsonParser / JsonGenerator;
- 结合 BufferedInputStream 与 BufferedOutputStream,减少 I/O 调用次数。
5.异常处理策略
- 捕获 IOException、JsonProcessingException,包装为自定义 JsonException;
- 在调用处进行区分处理:提示用户、重试或退出。
5. 完整实现代码
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代码
// ========== 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;
/**
* 用户配置模型
*/
@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;
// 构造方法、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 读写工具类
*/
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);
}
/**
* 读取 JSON 文件到指定类型对象
*/
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("读取 JSON 文件失败: " + filePath, e);
}
}
/**
* 写入对象为 JSON 文件
* @param append 是否追加,true 时在文件末尾追加;false 覆盖写入
*/
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("写入 JSON 文件失败: " + filePath, e);
}
}
/**
* 大文件流式写入示例
*/
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("流式写入 JSON 失败: " + filePath, e);
}
}
}
// ========== src/main/java/com/example/json/util/JsonException.java ==========
package com.example.json.util;
/**
* JSON 操作异常
*/
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. 读取现有配置
UserConfig cfg = JsonUtils.readJson(path, UserConfig.class);
System.out.println("读取配置: " + cfg);
// 2. 修改并写回
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("写入配置完成");
} 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("测试");
JsonUtils.writeJson(testFile, cfg, false);
UserConfig read = JsonUtils.readJson(testFile, UserConfig.class);
Assertions.assertEquals(100, read.getId());
Assertions.assertEquals("测试", read.getName());
}
@Test
void testReadNotFound() {
Assertions.assertThrows(JsonException.class, () -> {
JsonUtils.readJson("nonexistent.json", UserConfig.class);
});
}
}6. 代码详细解读
UserConfig:使用 Jackson 注解映射 JSON 字段,包含基本类型、列表、嵌套 Map。
JsonUtils.readJson:封装 ObjectMapper.readValue,处理文件 I/O 与映射异常。
JsonUtils.writeJson:使用 BufferedWriter 控制覆盖或追加模式,将对象序列化为格式化 JSON。
JsonUtils.writeJsonStream:演示流式写入大文件,逐条序列化以降低内存占用。
JsonException:统一包装 JSON 相关异常,调用方可根据类型分别处理。
App:示例应用,展示读取、修改、写回的完整流程。
JsonUtilsTest:JUnit 5 单元测试,验证正常读写、异常场景,确保工具类可靠。
7. 项目详细总结
本项目通过 Jackson 库与标准 Java I/O,完整实现了对 JSON 文件的读写,包括简单场景与大文件流式场景;通过模块化工具类、统一异常处理和单元测试,保证了代码的可维护性与可靠性。项目结构清晰,注释详尽,适合快速上手和二次扩展。
8. 项目常见问题及解答
JSON 文件包含未知字段时如何处理?
默认 Jackson 会抛出异常,可通过 MAPPER.configure(DeserializationFeature.FAIL_ON_UNKNOWN_PROPERTIES, false) 忽略未知字段。
追加模式写入的 JSON 格式如何保持合法?
追加时需控制文件内容格式,可先读入 List,添加后整体写回,避免手动追加导致格式错误。
大文件读写导致 OOM?
对于超大数组,应使用 Jackson Streaming API,逐条读写,避免一次性加载。
如何在 Spring Boot 中集成?
将 JsonUtils 封装为 @Component,并注入自定义配置的 ObjectMapper 即可。
多线程并发读写如何保证安全?
写操作时可在工具类中加入 synchronized,或由调用方通过外部锁保证;读操作一般是无状态的,可以并发执行。
9. 扩展方向与性能优化
支持 YAML / XML:添加 SnakeYAML、Jackson XML 模块,实现多格式互转。
异步 I/O:结合 NIO AsynchronousFileChannel,异步读写提升吞吐。
缓存机制:对频繁读取的配置引入内存缓存,定时刷新或文件变更监听。
Schema 校验:引入 JSON Schema,对输入输出进行严格校验,保证数据一致性。
分布式配置:集成 Apollo、Spring Cloud Config,将 JSON 文件迁移至配置中心。
大文件并发处理:结合多线程分片读取/写入,并行序列化。
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