Json schema 以及在python中的jsonschema

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1. JSON Schema简介

JSON Schema是基于JSON格式，用于定义JSON数据结构以及校验JSON数据内容。JSON Schema官网地址：http://json-schema.org/

要想完全理解的JSON Schema，我们首先需要了解JSON Schema中关键字的含义和作用。JSON Schema中比较常见的关键字如下：

关键字	描述
$schema	表示该JSON Schema文件遵循的规范
title	为该JSON Schema文件提供一个标题
description	关于该JSON Schema文件的描述信息
type	表示待校验元素的类型（例如，最外层的type表示待校验的是一个JSON对象，内层type分别表示待校验的元素类型为，整数，字符串，数字）
properties	定义待校验的JSON对象中，各个key-value对中value的限制条件
requiredv	定义待校验的JSON对象中，必须存在的key
minimum	用于约束取值范围，表示取值范围应该大于或等于minimum
exclusiveMinimum	如果minimum和exclusiveMinimum同时存在，且exclusiveMinimum的值为true，则表示取值范围只能大于minimum
maximum	用于约束取值范围，表示取值范围应该小于或等于maximum
exclusiveMaximum	如果maximum和exclusiveMaximum同时存在，且exclusiveMaximum的值为true，则表示取值范围只能小于maximum
multipleOf	用于约束取值，表示取值必须能够被multipleOf所指定的值整除
maxLength	字符串类型数据的最大长度
minLength	字符串类型数据的最小长度
pattern	使用正则表达式约束字符串类型数据

2. JSON Schema关键字详解

例一：涉及的关键字（$schema、title、description、type、properties、required）

完整的python代码：

# 导入验证器
from jsonschema import validate

# 编写schema：
my_schema = {
    "$schema": "http://json-schema.org/draft-04/schema#",
    "title": "TestInfo",
    "description": "some information about test",
    "type": "object",
    "properties": {
        "name": {
            "description": "Name of the test",
            "type": "string"
        },
        "age": {
            "description": "age of test",
            "type": "integer"
        }
    },
    "required": [
        "name", "age"
    ]
}

# json数据：
json_data = {
    "name": "python",
    "age": 25
}

# 验证：
validate(instance=json_data, schema=my_schema)

validate() 函数将首先验证所提供的模式本身是否有效，因为不这样做会导致不太明显的错误消息，并以不太明显或一致的方式失败。然后再验证json数据。
如果JSON数据实例是无效的，则抛出 jsonschema.exceptions.ValidationError 异常
如果schema模式本身是无效的，则抛出 jsonschema.exceptions.SchemaError 异常

2.1 $schema

该关键字用于指定JSON Schema版本信息，例一中指定的版本为：draft-04。该关键字是可以省略的，当前最新版本为draft-07。注意：该关键字的值必须使用官方提供的值，不能自己随便写。

2.2 title和description

这两个关键字都是用来描述对应的JSON元素的，唯一的区别在于，title相对来说，更加简洁，而description更加倾向于详细描述相关信息。当然了，这两个关键字都是可以省略的。我们看到例一中最外层的title和description是对待校验JSON对象的描述，而其中，name元素之下的description其实是对待校验JSON对象的一级key（name）的描述，当然，你也可以对name增加title信息。

2.3 type

该关键字用于限定待校验JSON元素所属的数据类型，例一中最外层的type关键字值为object，即表示待校验JSON数据为一个JSON对象，而name下的type关键字值为string，即表示待校验JSON对象中的一级key（name）的数据类型为string。那么，按照这个要求，下面这个JSON数据是符合要求的。

{
    "name": "hello first blog"
}

而，下面这个JSON数据是不符合要求的，因为name的类型为integer或者number，而不是string。

{
    "name": 520
}

3 type常见取值

那么，type又有哪些取值呢？当type取值为string类型的时候，是否还可以添加其他一些附加限制条件呢？我们接下来会按照type的不同取值一点点分析涉及到的关键字含义及用法。首先，我们来看一下，type常见的取值。具体如下：

type取值	对应的python数据类型
object	Object
array	List
integer	int
number	float或int
null	None
boolean	.Boolean
string	String

在上表中，我们采用了和Java数据类型对比分析的形式给出了type的常见取值，接下来，我们会分析当type为不同取值时，可能涉及的关键字含义和用法。

3.1 当type取值为object时

涉及的关键字：properties、required、minProperties、maxProperties、propertyNames、dependencies、patternProperties、additionalProperties

properties

该关键字的值是一个对象。

用于指定JSON对象中的各种不同key应该满足的校验逻辑，如果待校验JSON对象中所有值都能够通过该关键字值中定义的对应key的校验逻辑，每个key对应的值，都是一个JSON Schema，则待校验JSON对象通过校验。从这里，我们可以看到，只要待校验JSON对象的所有key分别都通过对应的JSON Schema的校验检测，这个对象才算是通过校验。

另外，需要注意的是，省略该关键字和该关键字的值为空对象，具有相同效果。例如：

"properties": {
        "id": {
            "description": "The unique identifier for a book",
            "type": "integer",
            "minimum": 1
        },
        "price": {
            "type": "number",
            "minimum": 0,
            "exclusiveMinimum": true
        }
    }

required

该关键字的值是一个数组，而数组中的元素必须是字符串，而且必须是唯一的。

该关键字限制了JSON对象中必须包含哪些一级key。如果一个JSON对象中含有required关键字所指定的所有一级key，则该JSON对象能够通过校验。

另外，需要注意的是，省略该关键字和该关键字的值为空数组，具有相同效果。例如：

"required": [
        "id",
        "name",
        "price"
    ]

minProperties、maxProperties

这两个关键字的值都是非负整数。

指定了待校验JSON对象中一级key的个数限制，minProperties指定了待校验JSON对象可以接受的最少一级key的个数，而maxProperties指定了待校验JSON对象可以接受的最多一级key的个数。

另外，需要注意的是，省略minProperties关键字和该关键字的值为0，具有相同效果。而，如果省略maxProperties关键字则表示对一级key的最大个数没有限制。例如，如果限制一个JSON对象的一级key的最大个数为5，最小个数为1，则JSON Schema如下：

"minProperties": 1,
"maxProperties": 5

propertyNames

注意：该关键字，官方说明中支持，但是，有可能你使用的平台或者第三方工具不支持哦。所以，使用需谨慎。

该关键字的值是一个有效的JSON Schema。

如果待校验JSON对象中的每个一级key都能通过该关键字指定的JSON Schema的校验，那么才认为待校验的JSON对象通过校验。注意，待校验JSON对象的一级key都是string类型。

另外，需要注意的是，省略该关键字和该关键字的值为空JSON Schema，具有相同效果。

patternProperties

该关键字的值是一个JSON对象，该JSON对象的每一个一级key都是一个正则表达式，value都是一个JSON Schema。

只有待校验JSON对象中的一级key，通过与之匹配的patternProperties中的一级正则表达式，对应的JSON Schema的校验，才算通过校验。例如，如果patternProperties对应的值如下：

"patternProperties": {
        "^a": {
            "type": "number"
        },
        "^b": {
            "type": "string"
        }
}

上面的JSON Schema表示，待校验JSON对象中，所有以a开头的一级key的value都必须是number，所有以b开头的一级key的value都必须是string。

additionalProperties

该关键字的值是一个JSON Schema。

如果待校验JSON对象中存在，既没有在properties中被定义，又没有在patternProperties中被定义，那么这些一级key必须通过additionalProperties的校验。

dependencies

待定。。。

完整示例：

{
    "type": "object",
    "properties": {
        "id": {
            "description": "The unique identifier for a book",
            "type": "integer",
            "minimum": 1
        },
        "price": {
            "type": "number",
            "minimum": 0,
            "exclusiveMinimum": true
        }
    },
    "patternProperties": {
        "^a": {
            "type": "number"
        },
        "^b": {
            "type": "string"
        }
    },
    "additionalProperties": {
        "type": "number"
    },
    "minProperties": 1,
    "maxProperties": 5,
    "required": [
        "id",
        "name",
        "price"
    ]
}

3.2 当type取值为array时

涉及的关键字：items、additionalItems、minItems、maxItems、uniqueItems、contains

items

该关键字的值是一个有效的JSON Schema或者一组有效的JSON Schema。

当该关键字的值是一个有效的JSON Schema时，只有待校验JSON数组中的所有元素均通过校验，整个数组才算通过校验。例如，如果items关键字的具体定义如下：

{
   "type": "array",
   "items": {
     "type": "string",
     "minLength": 5 
   }
}

上面的JSON Schema的意思是，待校验JSON数组的元素都是string类型，且最小可接受长度是5。那么下面这个JSON数组明显是符合要求的，具体内容如下：

["myhome", "green"]

那么下面这个JSON数据则是不符合要求，因为第一个元素的长度小于5，具体内容如下：

["home", "green"]

当该关键字的值是一组有效的JSON Schema时，只有待校验JSON数组的所有元素通过items的值中对应位置上的JSON Schema的校验，那么，整个待校验JSON数组才算通过校验。

这里需要注意的是，如果items定义的有效的JSON Schema的数量和待校验JSON数组中元素的数量不一致，那么就要采用“取小原则”。即，如果items定义了3个JSON Schema，但是待校验JSON数组只有2个元素，这时，只要待校验JSON数组的前两个元素能够分别通过items中的前两个JSON Schema的校验，那么，我们认为待校验JSON数组通过了校验。而，如果待校验JSON数组有4个元素，这时，只要待校验JSON数组的前三个元素能够通过items中对应的JSON Schema的校验，我们就认为待校验JSON数组通过了校验。

例如，如果items的值如下：

{
    "type": "array",
    "items": [
        {
            "type": "string",
            "minLength": 5
        },
        {
            "type": "number",
            "minimum": 10
        },
        {
            "type": "string"
        }
    ]
}

上面的JSON Schema指出了待校验JSON数组应该满足的条件，数组的第一个元素是string类型，且最小可接受长度为5，数组的第二个元素是number类型，最小可接受的值为10，数组的第三个元素是string类型。那么下面这两个JSON数组明显是符合要求的，具体内容如下：

["green", 10, "good"]
["helloworld", 11]

下面这两个JSON数组却是不符合要求的，具体内容如下：

["green", 9, "good"]
["good", 12]

additionalItems

该关键字的值是一个有效的JSON Schema。

需要注意的是，该关键字只有在items关键字的值为一组有效的JSON Schema的时候，才可以使用，用于规定超出items中JSON Schema总数量之外的待校验JSON数组中的剩余的元素应该满足的校验逻辑。当然了，只有这些剩余的所有元素都满足additionalItems的要求时，待校验JSON数组才算通过校验。

其实，你可以这么理解，当items的值为一组有效的JOSN Schema的时候，一般可以和additionalItems关键字组合使用，items用于规定对应位置上应该满足的校验逻辑，而additionalItems用于规定超出items校验范围的所有剩余元素应该满足的条件。如果二者同时存在，那么只有待校验JSON数组同时通过二者的校验，才算真正地通过校验。

另外，需要注意的是，如果items只是一个有效的JSON Schema，那么就不能使用additionalItems，原因也很简单，因为items为一个有效的JSON Schema的时候，其规定了待校验JSON数组所有元素应该满足的校验逻辑。additionalItems已经没有用武之地了。

最后，同样强调一下，省略该关键字和该关键字的值为空JSON Schema，具有相同效果。

如果一个additionalItems的值如下：

{
    "type": "array",
    "items": [
        {
            "type": "string",
            "minLength": 5
        },
        {
            "type": "number",
            "minimum": 10
        }
    ],
    "additionalItems": {
        "type": "string",
        "minLength": 2
    }
}

上面的JSON Schema的意思是，待校验JSON数组第一个元素是string类型，且可接受的最短长度为5个字符，第二个元素是number类型，且可接受的最小值为10，剩余的其他元素是string类型，且可接受的最短长度为2。那么，下面三个JSON数组是能够通过校验的，具体内容如下：

["green", 10, "good"]
["green", 11]
["green", 10, "good", "ok"]

下面JSON数组是无法通过校验的，具体内容如下：

["green", 10, "a"]
["green", 10, "ok", 2]

minItems、maxItems

这两个关键字的值都是非负整数。

指定了待校验JSON数组中元素的个数限制，minItems指定了待校验JSON数组可以接受的最少元素个数，而maxItems指定了待校验JSON数组可以接受的最多元素个数。

另外，需要注意的是，省略minItems关键字和该关键字的值为0，具有相同效果。而，如果省略maxItems关键字则表示对元素的最大个数没有限制。例如，如果限制一个JSON数组的元素的最大个数为5，最小个数为1，则JSON Schema如下：

"minItems": 1,
"maxItems": 5

uniqueItems

该关键字的值是一个布尔值，即boolean（true、false）。

当该关键字的值为true时，只有待校验JSON数组中的所有元素都具有唯一性时，才能通过校验。当该关键字的值为false时，任何待校验JSON数组都能通过校验。

另外，需要注意的是，省略该关键字和该关键字的值为false时，具有相同的效果。例如：

"uniqueItems": true
contains

注意：该关键字，官方说明中支持，但是，有可能你使用的平台或者第三方工具不支持哦。所以，使用需谨慎。

该关键字的值是一个有效的JSON Schema。

只有待校验JSON数组中至少有一个元素能够通过该关键字指定的JSON Schema的校验，整个数组才算通过校验。

另外，需要注意的是，省略该关键字和该关键字的值为空JSON Schema具有相同效果。

完整示例：

{
    "type": "array",
    "items": [
        {
            "type": "string",
            "minLength": 5
        },
        {
            "type": "number",
            "minimum": 10
        }
    ],
    "additionalItems": {
        "type": "string",
        "minLength": 2
    },
    "minItems": 1,
    "maxItems": 5,
    "uniqueItems": true
}

3.3 当type取值为integer或number时

涉及的关键字：multipleOf、maximum、exclusiveMaximum、minimum、exclusiveMinimum

我们首先来回顾一下integer和number的区别，integer相当于python中的int类型，而number相当于python中的int或float类型。

multipleOf

该关键字的值是一个大于0的number，即可以是大于0的int，也可以是大于0的float。

只有待校验的值能够被该关键字的值整除，才算通过校验。

如果含有该关键字的JSON Schema如下：

{
    "type": "integer",
    "multipleOf": 2
}

那么，2、4、6都是可以通过校验的，但是，3、5、7都是无法通过校验的，当然了，2.0、4.0也是无法通过校验的，但是，并不是因为multipleOf关键字，而是因为type关键字。

如果含有multipleOf关键字的JSON Schema如下：

{
    "type": "number",
    "multipleOf": 2.0
}

那么，2、2.0、4、4.0都是可以通过校验的，但是，3、3.0、3、3.0都是无法通过校验的。

另外，需要注意的是，省略该关键字则不对待校验数值进行该项校验。

maximum

该关键字的值是一个number，即可以是int，也可以是float。

该关键字规定了待校验元素可以通过校验的最大值。即传入的值必须小于maximum。

省略该关键字，即表示对待校验元素的最大值没有要求。

exclusiveMaximum

该关键字的值是一个number。

该关键字和maximum一样，规定了待校验元素可以通过校验的最大值，不同的是待校验元素可以等于exclusiveMaximum指定的值。即比maximum多了一个他自身这个边界值

例如：

{
    "type": "number",
#  设定 maximum 为12.3 则传入值必须小于12.3
#    "maximum": 12.3,
#  设定 exclusiveMaximum为12.3 则传入值是小于等于12.3
    "exclusiveMaximum": 12.3
}

minimum、exclusiveMinimum

minimum、exclusiveMinimum关键字的用法和含义与maximum、exclusiveMaximum相似。唯一的区别在于，一个约束了待校验元素的最小值，一个约束了待校验元素的最大值。这里就不展开解释了。

完整示例：

{
    "type": "number",
    "multipleOf": 0.5,
#    "maximum": 12.5,
    "exclusiveMaximum": 12.5,
#    "minimum": 2.5,
    "exclusiveMinimum": 2.5
}

3.4 当type取值为string时

涉及的关键字：maxLength、minLength、pattern、format

maxLength

该关键字的值是一个非负整数。

该关键字规定了待校验JSON元素可以通过校验的最大长度，即待校验JSON元素的最大长度必须小于或者等于该关键字的值。

另外，需要注意的是，如果省略该关键字则表示对待校验元素的最大长度没有限制。

minLength

该关键字的值是一个非负整数。

该关键字规定了待校验JSON元素可以通过校验的最小长度，即待校验JSON元素的最小长度必须大于或者等于该关键字的值。

另外，需要注意的是，如果省略该关键字和该关键字的值为0，具有相同效果。

pattern

该关键字的值是一个正则表达式。

只有待校验JSON元素符合该关键字指定的正则表达式，才算通过校验。

format

该关键字的值可以是以下取值：

date、date-time（时间格式）、email（邮件格式）、hostname（网站地址格式）、ipv4、ipv6、uri等等。


{
    "type": "string",
    "format": "email"
}

使用format关键字时，在实例化validator时必须给它传format_checker参数,fromat_checker参数的值即使各种版本的JSON模式规范的验证器类，如：
Draft 7
Draft 6
Draft 4
Draft 3

当你实例化validator时,如果没有给它传format_checker参数, jsonschema是不会自动校验schema中的format关键字的.因此,你需要做以下步骤:
1.额外导入JSON Schema某个版本的模式规范如：from jsonschema import draft7_format_checker
2.实例化validator时传入：validate(instance=json_data, schema=my_schema, format_checker=draft7_format_checker)

3.5 全类型可用

即不局限于某个type，涉及的关键字：enum、const、allOf、anyOf、oneOf、not、default

enum

该关键字的值是一个数组，该数组至少要有一个元素，且数组内的每一个元素都是唯一的。

如果待校验的JSON元素和数组中的某一个元素相同，则通过校验。否则，无法通过校验。

注意，该数组中的元素值可以是任何值，包括null。省略该关键字则表示无须对待校验元素进行该项校验。例如：

{
    "type": "number",
    "enum": [2, 3, null, "hello"]
}

const

该关键字的值可以是任何值，包括null。

如果待校验的JSON元素的值和该关键字指定的值相同，则通过校验。否则，无法通过校验。

省略该关键字则表示无须对待校验元素进行该项校验。

注意，该关键字部分第三方工具，并不支持。

allOf

该关键字的值是一个非空数组，数组里面的每个元素都必须是一个有效的JSON Schema。

只有待校验JSON元素通过数组中所有的JSON Schema校验，才算真正通过校验。

anyOf

该关键字的值是一个非空数组，数组里面的每个元素都必须是一个有效的JSON Schema。

如果待校验JSON元素能够通过数组中的任何一个JSON Schema校验，就算通过校验。

oneOf

该关键字的值是一个非空数组，数组里面的每个元素都必须是一个有效的JSON Schema。

如果待校验JSON元素能且只能通过数组中的某一个JSON Schema校验，才算真正通过校验。不能通过任何一个校验和能通过两个及以上的校验，都不算真正通过校验。

not

该关键字的值是一个JSON Schema。

只有待校验JSON元素不能通过该关键字指定的JSON Schema校验的时候，待校验元素才算通过校验。

default

该关键字的值是没有任何要求的。

该关键字常常用来指定待校验JSON元素的默认值，当然，这个默认值最好是符合要求的，即能够通过相应的JSON Schema的校验。

另外，需要注意的是，该关键字除了提示作用外，并不会产生任何实质性的影响。

3.6 再说type关键字

需要特别注意的是，type关键字的值可以是一个string，也可以是一个数组。

如果type的值是一个string，则其值只能是以下几种：null、boolean、object、array、number、string、integer。

如果type的值是一个数组，则数组中的元素都必须是string，且其取值依旧被限定为以上几种。只要带校验JSON元素是其中的一种，则通过校验。

4 JSON Schema比较复杂的示例：

from jsonschema import validate, draft7_format_checker
from jsonschema.exceptions import SchemaError, ValidationError


schema = {
    "$schema": "http://json-schema.org/draft-07/schema#",
    "title": "book info",
    "description": "some information about book",
    "type": "object",
    "properties": {
        "id": {
            "description": "The unique identifier for a book",
            "type": "integer",
            "minimum": 1
        },
        "name": {
            "description": "book name",
            "type": "string",
            "minLength": 3,
            "maxLength": 30
        },
        "info": {
            "description": "simple information about book",
            "type": "string",
            "minLength": 10,
            "maxLength": 60
        },
        "price": {
            "description": "book price",
            "type": "number",
            "multipleOf": 0.5,
            # 这里没有取等，5.0<price<99999.0
            "minimum": 5.0,
            "maximum": 99999.0,
            # 若使用下面这两个关键字则 5.0<=price<=99999.0
            # "exclusiveMinimum": 5.0,
            # "exclusiveMaximum": 99999.0
        },
        "tags": {
            "type": "array",
            "items": [
                {
                    "type": "string",
                    "minLength": 2,
                    "macLength": 8
                },
                {
                    "type": "number",
                    "minimum": 1.0
                }
            ],
            "additonalItems": {
                "type": "string",
                "miniLength": 2
            },
            "miniItems": 1,
            "maxItems": 5,
            "uniqueItems": True
        },
        "date": {
            "description": "书籍出版日期",
            "type": "string",
            "format": "date",
        },
        "bookcoding": {
            "description": "书籍编码",
            "type": "string",
            "pattern": "^[A-Z]+[a-zA-Z0-9]{12}$"
        },
        "other": {
            "description": "其他信息",
            "type": "object",
            "properties": {
                "info1": {
                    "type": "string"
                },
                "info2": {
                    "type": "string"
                }
            }
        }
    },
    "minProperties": 3,
    "maxProperties": 7,
    "required": [
        "id", "name", "info", "price"
    ]
}

json_data = {
    "id": 1,
    "name": "jarvis手册",
    "info": "贾维斯平台使用手册1",
    "price": 5.5,
    "tags": ["jar"],
    "date": "2019-5-25",
    "other": {
        "info1": "1111",
        "info2": "222"
    }
}


try:
    validate(instance=json_data, schema=schema, format_checker=draft7_format_checker)
except SchemaError as e:
    print("验证模式schema出错：\n出错位置：{}\n提示信息：{}".format(" --> ".join([i for i in e.path]), e.message))
except ValidationError as e:
    print("json数据不符合schema规定：\n出错字段：{}\n提示信息：{}".format(" --> ".join([i for i in e.path]), e.message))
else:
    print("验证成功！")

注意，以上JSON Schema只是为了展示部分关键字的用法，可能和实际应用略有不同。

官方的参考文档如下：http://json-schema.org/latest/json-schema-validation.html

参考文章：https://blog.csdn.net/qiumengchen12/article/details/77067613

posted @ 2019-07-23 20:45 长安223 阅读(12310) 评论(1) 编辑收藏举报

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长安223

博客园为新家。 原博客：https://blog.51cto.com/13885935

Json schema 以及在python中的jsonschema

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1. JSON Schema简介

2. JSON Schema关键字详解

2.1 $schema

2.2 title和description

2.3 type

3 type常见取值

3.1 当type取值为object时

properties

required

minProperties、maxProperties

propertyNames

patternProperties

additionalProperties

dependencies

3.2 当type取值为array时

items

additionalItems

minItems、maxItems

uniqueItems

3.3 当type取值为integer或number时

multipleOf

maximum

exclusiveMaximum

minimum、exclusiveMinimum

3.4 当type取值为string时

maxLength

minLength

pattern

format

3.5 全类型可用

enum

const

allOf

anyOf

oneOf

not

default

3.6 再说type关键字

4 JSON Schema比较复杂的示例：

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