Working with Json - JSON Reads/Writes/Format Combinators

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2023-12-01

在 JSON 基础一节中，我们介绍了 Reads 和 Writes 转换器。使用它们，我们可以在 JsValue 结构和其他数据类型之间做转换。这一节将更详细地介绍如何构建这些转换器，以及在转换的过程中如何进行验证。

这一节使用到的 JsValue 结构以及相应的模型：

import play.api.libs.json._
val json: JsValue = Json.parse("""
{
  "name" : "Watership Down",
  "location" : {
    "lat" : 51.235685,
    "long" : -1.309197
  },
  "residents" : [ {
    "name" : "Fiver",
    "age" : 4,
    "role" : null
  }, {
    "name" : "Bigwig",
    "age" : 6,
    "role" : "Owsla"
  } ]
}
""")

case class Location(lat: Double, long: Double)
case class Resident(name: String, age: Int, role: Option[String])
case class Place(name: String, location: Location, residents: Seq[Resident])

JsPath

JsPath 是构建Reads/Writes 的核心。JsPath 指明了数据在 JsValue 中的位置。你可以使用 JsPath 对象（根路径）来定义一个 JsPath 子实例，语法与遍历 JsValue 相似：

import play.api.libs.json._
val json = { ... }
// Simple path
val latPath = JsPath  "location"  "lat"
// Recursive path
val namesPath = JsPath \ "name"
// Indexed path
val firstResidentPath = (JsPath  "residents")(0)

play.api.libs.json 包中为 JsPath 定义了一个别名：__（两个下划线），如果你喜欢的话，你也可以使用它：

val longPath = __  "location"  "long"

Reads

Reads 转换器用于将 JsValue 转换成其他类型。你可以通过组合与嵌套 Reads 来构造更复杂的 Reads。

你需要导入以下内容来创建 Reads：

import play.api.libs.json._ // JSON library
import play.api.libs.json.Reads._ // Custom validation helpers
import play.api.libs.functional.syntax._ // Combinator syntax

Path Reads

JsPath 含有以下两个方法可用来创建特殊的 Reads，它将应用另一个 Reads 到指定路径的 JsValue：

JsPath.read[T](implicit r: Reads[T]): Reads[T] - 创建一个 Reads[T]，它将应用隐式参数 r 到该路径的 JsValue。
JsPath.readNullable[T](implicit r: Reads[T]): Reads[Option[T]] - 在路径可能缺失，或包含一个空值时使用。

注意：JSON 库为基本类型（如 String，Int，Double 等）提供了隐式 Reads。

定义具体某一路径的 Reads：

val nameReads: Reads[String] = (JsPath  "name").read[String]

定义具体某一路径的 Reads，并且包含自定义样例类：

case class DisplayName(name:String)
val nameReads: Reads[DisplayName] = (JsPath  "name").read[String].map(DisplayName(_))

复合 Reads

你可以将多个单路径 Reads 组合成一个复合 Reads，这样就可以转换复杂模型了。

为了便于理解，我们先将一个组合结果分解成两条语句。首先通过 and 组合子来组合 Reads 对象：

val locationReadsBuilder =
  (JsPath  "lat").read[Double] and
  (JsPath  "long").read[Double]

上面产生的结果类型为 ‘FunctionalBuilder[Reads]#CanBuild2[Double, Double]’，这只是一个中间结果，它将被用来创建一个复合 Reads。

第二步调用 CanBuildX 的 apply 方法来将单个的结果转换成你的模型，这将返回一个复合 Reads。如果你有一个带有构造器签名的样例类，你就可以直接使用它的 apply 方法：

implicit val locationReads = locationReadsBuilder.apply(Location.apply _)

将上述代码合成一条语句：

implicit val locationReads: Reads[Location] = (
  (JsPath  "lat").read[Double] and
  (JsPath  "long").read[Double]
)(Location.apply _)

Reads 验证

JsValue.validate 方法已经在 JSON 基础一节中介绍过，我们推荐它进行验证以及用它将 JsValue 转换成其它类型。以下是基本用法：

val json = { ... }
val nameReads: Reads[String] = (JsPath  "name").read[String]
val nameResult: JsResult[String] = json.validate[String](nameReads)
nameResult match {
  case s: JsSuccess[String] => println("Name: " + s.get)
  case e: JsError => println("Errors: " + JsError.toFlatJson(e).toString())
}

Reads 的默认验证比较简单，比如只检查类型转换错误。你可以通过使用 Reads 的验证 helper 来自定义验证规则。以下是一些常用的 helper：

Reads.email - 验证字符串是邮箱地址格式。
Reads.minLength(nb) - 验证一个字符串的最小长度。
Reads.min - 验证最小数值。
Reads.max - 验证最大数值。
Reads[A] keepAnd Reads[B] => Reads[A] - 尝试 Reads[A] 及 Reads[B] 但最终只保留 Reads[A] 结果的运算符（如果你知道 Scala 解析组合子，即有 keepAnd == <~）。
Reads[A] andKeep Reads[B] => Reads[B] - 尝试 Reads[A] 及 Reads[B] 但最终只保留 Reads[B] 结果的运算符（如果你知道 Scala 解析组合子，即有 andKeep == ~>）。
Reads[A] or Reads[B] => Reads - 执行逻辑或并保留最后选中的 Reads 的运算符。

想添加验证，只需将相应 helper 作为 JsPath.read 的参数即可：

val improvedNameReads =
  (JsPath  "name").read[String](minLength[String](2))

将它们合起来

通过使用复合 Reads 和自定义验证，我们可以为模型定义一组有效的 Reads 并应用它们：

import play.api.libs.json._
import play.api.libs.json.Reads._
import play.api.libs.functional.syntax._
implicit val locationReads: Reads[Location] = (
  (JsPath  "lat").read[Double](min(-90.0) keepAnd max(90.0)) and
  (JsPath  "long").read[Double](min(-180.0) keepAnd max(180.0))
)(Location.apply _)
implicit val residentReads: Reads[Resident] = (
  (JsPath  "name").read[String](minLength[String](2)) and
  (JsPath  "age").read[Int](min(0) keepAnd max(150)) and
  (JsPath  "role").readNullable[String]
)(Resident.apply _)
implicit val placeReads: Reads[Place] = (
  (JsPath  "name").read[String](minLength[String](2)) and
  (JsPath  "location").read[Location] and
  (JsPath  "residents").read[Seq[Resident]]
)(Place.apply _)
val json = { ... }
json.validate[Place] match {
  case s: JsSuccess[Place] => {
    val place: Place = s.get
    // do something with place
  }
  case e: JsError => {
    // error handling flow
  }
}

注意，复合 Reads 可以嵌套使用。在上面的例子中，placeReads 使用了前面定义的隐式 locationReads 和 residentReads。

Writes

Writes 用于将其它类型转换成 JsValue。

为样例类构建简单的 Writes，只需在 Writes 的 apply 方法体中使用一个函数即可：

case class DisplayName(name:String)
implicit val displayNameWrite: Writes[DisplayName] = Writes {
  (displayName: DisplayName) => JsString(displayName.name)
}

你可以使用 JsPath 和组合子来构建复合 Writes，这一点与 Reads 非常相似。以下是我们模型的 Writes：

import play.api.libs.json._
import play.api.libs.functional.syntax._
implicit val locationWrites: Writes[Location] = (
  (JsPath  "lat").write[Double] and
  (JsPath  "long").write[Double]
)(unlift(Location.unapply))
implicit val residentWrites: Writes[Resident] = (
  (JsPath  "name").write[String] and
  (JsPath  "age").write[Int] and
  (JsPath  "role").writeNullable[String]
)(unlift(Resident.unapply))
implicit val placeWrites: Writes[Place] = (
  (JsPath  "name").write[String] and
  (JsPath  "location").write[Location] and
  (JsPath  "residents").write[Seq[Resident]]
)(unlift(Place.unapply))
val place = Place(
  "Watership Down",
  Location(51.235685, -1.309197),
  Seq(
    Resident("Fiver", 4, None),
    Resident("Bigwig", 6, Some("Owsla"))
  )
)
val json = Json.toJson(place)

复合 Writes 与复合 Reads 有以下不同点：

单个路径的 Writes 通过 JsPath.write 方法来创建。
将模型转换成 JsValue 无需验证，因此也不需要验证 helper。
中间结果 FunctionalBuilder#CanBuildX（由 and 组合子产生）接收一个函数，该函数将复合类型 T 转换成一个元组，该元组与单路径 Writes 匹配。尽管看起来和 Reads 非常对称，样例类的 unapply 方法返回的是属性元组的 Option 类型，因此需要使用 unlift 方法将元组提取出来。

递归类型

有一种特殊的情况是上面的例子没有讲到的，即如何处理递归类型的 Reads 和 Writes。JsPath 提供了 lazyRead 和 lazyWrite 方法来处理这种情况：

case class User(name: String, friends: Seq[User])
implicit lazy val userReads: Reads[User] = (
  (__  "name").read[String] and
  (__  "friends").lazyRead(Reads.seq[User](userReads))
)(User)
implicit lazy val userWrites: Writes[User] = (
  (__  "name").write[String] and
  (__  "friends").lazyWrite(Writes.seq[User](userWrites))
)(unlift(User.unapply))

Format

Format[T] 是 Reads 和 Writes 组合的特性（trait），它可以代替 Reads 和 Writes 来做隐式转换。

通过 Reads 和 Writes 创建 Format

你可以通过 Reads 和 Writes 来构建针对同一类型的 Format：

val locationReads: Reads[Location] = (
  (JsPath  "lat").read[Double](min(-90.0) keepAnd max(90.0)) and
  (JsPath  "long").read[Double](min(-180.0) keepAnd max(180.0))
)(Location.apply _)
val locationWrites: Writes[Location] = (
  (JsPath  "lat").write[Double] and
  (JsPath  "long").write[Double]
)(unlift(Location.unapply))
implicit val locationFormat: Format[Location] =
  Format(locationReads, locationWrites)

使用组合子创建 Format

对于 Reads 和 Writes 对称的情况（实际应用中不一定能满足对称的条件），你可以直接通过组合子来创建 Format：

implicit val locationFormat: Format[Location] = (
  (JsPath  "lat").format[Double](min(-90.0) keepAnd max(90.0)) and
  (JsPath  "long").format[Double](min(-180.0) keepAnd max(180.0))
)(Location.apply, unlift(Location.unapply))