【小宅按】在Python的世界里，將一個(gè)對象以json格式進(jìn)行序列化或反序列化一直是一個(gè)問題。Python標(biāo)準(zhǔn)庫里面提供了json序列化的工具，我們可以簡單的用json.dumps來將一個(gè)對象序列化。但是這種序列化僅支持python內(nèi)置的基本類型，對于自定義的類，我們將得到Object of type A is not JSON serializable的錯(cuò)誤。

有很多種方法可以用來支持這種序列化，這里有一個(gè)很長的關(guān)于這個(gè)問題的討論。總結(jié)起來，基本上有兩種還不錯(cuò)的思路：

利用標(biāo)準(zhǔn)庫的接口：從python標(biāo)準(zhǔn)json庫中的JSONDecoder繼承，然后自定義實(shí)現(xiàn)一個(gè)default方法用來自定義序列化過程

利用第三方庫實(shí)現(xiàn)：如jsonpickle jsonweb json-tricks等

利用標(biāo)準(zhǔn)庫的接口的問題在于，我們需要對每一個(gè)自定義類都實(shí)現(xiàn)一個(gè)JSONDecoder.default接口，難以實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用。

利用第三方庫，對我們的代碼倒是沒有任何侵入性，特別是jsonpickle，由于它是基于pickle標(biāo)準(zhǔn)序列化庫實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)像pickle一樣序列化任何對象，一行代碼都不需要修改。

但是我們觀察這類第三方庫的輸出的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)所有的這些類庫都會(huì)在輸出的json中增加一個(gè)特殊的標(biāo)明對象類型的屬性。這是為什么呢？Python是一門動(dòng)態(tài)類型的語言，我們無法在對象還沒有開始構(gòu)建的時(shí)候知道對象的某一屬性的類型信息，為了對反序列化提供支持，看起來確實(shí)是不得不這么做。

有人可能覺得這也無可厚非，似乎不影響使用。但是在跨語言通信的時(shí)候，這就成為了一個(gè)比較麻煩的問題。比如我們有一個(gè)Python實(shí)現(xiàn)的API，客戶端發(fā)送了一個(gè)json請求過來，我們想在統(tǒng)一的一個(gè)地方將json反序列化為我們Python代碼的對象。由于客戶端不知道服務(wù)器端的類型信息，json請求里面就沒法加入這樣的類型信息，這也就導(dǎo)致這樣的類庫在反序列化的時(shí)候遇到問題。

能不能有一個(gè)相對完美的實(shí)現(xiàn)呢？先看一下我們理想的json序列化庫的需求：

我們希望能簡單的序列化任意自定義對象，只添加一行代碼，或者不加入任何代碼

我們希望序列化的結(jié)果不加入任何非預(yù)期的屬性

我們希望能按照指定的類型進(jìn)行反序列化，能自動(dòng)處理嵌套的自定義類，只需要自定義類提供非常簡單的支持，或者不需要提供任何支持

我們希望反序列化的時(shí)候能很好的處理屬性不存在的情況，以便在我們加入某一屬性的時(shí)候，可以設(shè)置默認(rèn)值，使得舊版本的序列化結(jié)果可以正確的反序列化出來

如果有一個(gè)json庫能支持上面的四點(diǎn)，那就基本是比較好用的庫了。下面我們來嘗試實(shí)現(xiàn)一下這個(gè)類庫。

對于我們想要實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)需求，我們可以建立下面這樣的測試來表達(dá)我們所期望的庫的API設(shè)計(jì)：

class SerializableModelTest(unittest.TestCase):def test_model_serializable(self):class A(SerializableModel):def __init__(self, a, b):super().__init__()self.a = aself.b = b if b is not None else B(0)@propertydef id(self):return self.adef _deserialize_prop(self, name, deserialized):if name == 'b':self.b = B.deserialize(deserialized)returnsuper()._deserialize_prop(name, deserialized)class B(SerializableModel):def __init__(self, b):super().__init__()self.b = bself.assertEqual(json.dumps({'a': 1, 'b': {'b': 2}, 'long_attr': None}), A(1, B(2)).serialize())self.assertEqual(json.dumps({'a': 1, 'b': None}), A(1, None).serialize())self.assertEqual(A(1, B(2)), A.deserialize(json.dumps({'a': 1, 'b': {'b': 2}})))self.assertEqual(A(1, None), A.deserialize(json.dumps({'a': 1, 'b': None})))self.assertEqual(A(1, B(0)), A.deserialize(json.dumps({'a': 1})))

這里我們希望通過繼承的方式來添加支持，這將在反序列化的時(shí)候提供一個(gè)好處。因?yàn)橛辛怂覀兙涂梢灾苯邮褂肁.deserialize方法來反序列化，而不需要提供任何其他的反序列化函數(shù)參數(shù)，比如這樣json.deserialize(serialized_str, A)。

同時(shí)為了驗(yàn)證我們的框架不會(huì)將@property屬性序列化或者反序列化，我們特意在類A中添加了這樣一個(gè)屬性。

由于在反序列化的時(shí)候，框架是無法知道某一個(gè)對象屬性的類型信息，比如測試中的A.b，為了能正確的反序列化，我們需要提供一點(diǎn)簡單的支持，這里我們在類A中覆蓋實(shí)現(xiàn)了一個(gè)父類的方法_deserialize_prop對屬性b的反序列化提供支持。

當(dāng)我們要反序列化一個(gè)之前版本的序列化結(jié)果時(shí)，我們希望能正確的反序列化并使用我們提供的默認(rèn)值作為最終的反序列化值。

如果能有一個(gè)類可以讓上面的測試通過，相信那個(gè)類就是我們所需要的類了。這樣的類可以實(shí)現(xiàn)為如下：

class ModelBase:@staticmethoddef is_normal_prop(obj, key):is_prop = isinstance(getattr(type(obj), key, None), property)is_constant = re.match('^[A-Z_0-9]+$', key)return not (key.startswith('__') or callable(getattr(obj, key)) or is_prop or is_constant)@staticmethoddef is_basic_type(value):return value is None or type(value) in [int, float, str, list, tuple, bool, dict]def _serialize_prop(self, name):value = getattr(self, name)if isinstance(value, (tuple, list)):try:json.dumps(value)return valueexcept Exception:return [v._as_dict() for v in value]return valuedef _as_dict(self):keys = dir(self)props = {}for key in keys:if not ModelBase.is_normal_prop(self, key):continuevalue = self._serialize_prop(key)if not (ModelBase.is_basic_type(value) or isinstance(value, ModelBase)):raise Exception('unkown value to serialize to dict: key={}, value={}'.format(key, value))props[key] = value if self.is_basic_type(value) else value._as_dict()return propsdef _short_prop(self, name):value = getattr(self, name)if isinstance(value, (tuple, list)):try:json.dumps(value)return valueexcept Exception:return [v._as_short_dict() for v in value]return valuedef _as_short_dict(self):keys = dir(self)props = {}for key in keys:if not ModelBase.is_normal_prop(self, key):continuevalue = self._short_prop(key)if not (ModelBase.is_basic_type(value) or isinstance(value, ModelBase)):raise Exception('unkown value to serialize to short dict: key={}, value={}'.format(key, value))props[key] = value if self.is_basic_type(value) else value._as_short_dict()return propsdef serialize(self):return json.dumps(self._as_dict(), ensure_ascii=False)def _deserialize_prop(self, name, deserialized):setattr(self, name, deserialized)@classmethoddef deserialize(cls, json_encoded):if json_encoded is None:return Noneimport inspectargs = inspect.getfullargspec(cls)args_without_self = args.args[1:]obj = cls(*([None] * len(args_without_self)))data = json.loads(json_encoded, encoding='utf8') if type(json_encoded) is str else json_encodedkeys = dir(obj)for key in keys:if not ModelBase.is_normal_prop(obj, key):continueif key in data:obj._deserialize_prop(key, data[key])return objdef __str__(self):return self.serialize()def _prop_eq(self, name, value, value_other):return value == value_otherdef __eq__(self, other):if other is None or other.__class__ is not self.__class__:return Falsekeys = dir(self)for key in keys:if not ModelBase.is_normal_prop(self, key):continuevalue, value_other = getattr(self, key), getattr(other, key)if not (ModelBase.is_basic_type(value) or isinstance(value, ModelBase)):raise Exception('unsupported value to compare: key={}, value={}'.format(key, value))if value is None and value_other is None:continueif (value is None and value_other is not None) or (value is not None and value_other is None):return Falseif not self._prop_eq(key, value, value_other):return Falsereturn Truedef short_repr(self):return json.dumps(self._as_short_dict(), ensure_ascii=False)

為了更進(jìn)一步提供支持，我們將最終的類命名為ModelBase，因?yàn)橥ǔＮ覀円蛄谢蚍葱蛄谢膶ο蠖际俏覀冃枰厥鈱Υ膶ο?#xff0c;且我們通常稱其為模型，我們一般也會(huì)將其放在一個(gè)單獨(dú)models模塊中。
作為一個(gè)模型的基類，我們還添加了一些常用的特性，比如：

支持標(biāo)準(zhǔn)的格式化接口__str__，這樣我們在使用'{}'.format(a)的時(shí)候，就可以得到一個(gè)更易于理解的輸出

提供了一個(gè)縮短的序列化方式，在我們有時(shí)候不想直接輸出某一個(gè)特別長的屬性的時(shí)候很有用

提供了基于屬性值的比較方法

自定義類的屬性可以為基礎(chǔ)的Python類型，或者由基礎(chǔ)Python類型構(gòu)成的list tuple dict

在使用這個(gè)類的時(shí)候，當(dāng)然也是有一些限制的，主要的限制如下：

當(dāng)某一屬性為自定義類的類型的時(shí)候，需要子類覆蓋實(shí)現(xiàn)_deserialize_prop方法為反序列化過程提供支持

當(dāng)某一屬性為由自定義類構(gòu)成的一個(gè)list tuple dict復(fù)雜對象時(shí)，需要子類覆蓋實(shí)現(xiàn)_deserialize_prop方法為反序列化過程提供支持

簡單屬性必須為python內(nèi)置的基礎(chǔ)類型，比如如果某一屬性的類型為numpy.float64，序列化反序列化將不能正常工作

雖然有上述限制，但是這正好要求我們在做模型設(shè)計(jì)的時(shí)候保持克制，不要將某一個(gè)對象設(shè)計(jì)得過于復(fù)雜。比如如果有屬性為dict類型，我們可以將這個(gè)dict抽象為另一個(gè)自定義類型，然后用類型嵌套的方式來實(shí)現(xiàn)。

到這里這個(gè)基類就差不多可以支撐我們?nèi)粘５拈_發(fā)需要了。當(dāng)然對于這個(gè)簡單的實(shí)現(xiàn)還有可能有其他的需求或者問題，大家如有發(fā)現(xiàn)，歡迎留言交流。

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來源：華為云社區(qū)原創(chuàng) 作者：Bright Liao

總結(jié)

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