如何验证一个 JSON 是否合法

1周前 / 👨‍💻 代码敲不完 / 34浏览

1. 前言

在日常开发过程中，JSON 已经是一个使用场景非常广泛的数据格式。我们有很多好用的 JSON 解析库，Jackson、Gson、fastjson 等等，在以上提到的库中，已经具备了非常完备的校验方案，作为一个有追求的程序员，本文会从学习的角度出发，学习如何通过栈结构校验一个 JSON 是否合法。

我们的核心需求：不依赖重量级 JSON 库，实现一个轻量级 JSON 格式校验工具。

2. JSON 的语法与常见错误陷阱

语言规则要点

核心结构：根元素只能是对象 {} 或数组 []
键名必须双引号包裹：如 "name": "John"，而 name: "John" 是非法的
嵌套与分隔符：[ [1,2], {"k":"v"} ] 合法，但 {123}（键为数字）、[ "a", ]（尾逗号）是非法的
转义字符：双引号在字符串内需写成 \\"

我们遇到的真实错误案例

测试工程师写测试用例时忘记闭合对象：
"{ 'key1': 'v1', 'key2': [1,2"} → 直接导致 REST 接口日志雪崩
前端传参数时数组与对象混淆：
{"options": {0: "a", 1: "b"}} → 键名用数字未加引号
CSV 导入 JSON 时出现特殊符号：
"note": "异常字符：\\r\\n" → 转义不正确导致键值解析失败

栈结构的巧妙使用：为何要选择栈作为 JSON 校验的核心工具？

这是一个关于「为什么选择栈，而非其他数据结构」的设计思考，也是我从无数调试崩溃中悟出的重要经验。让我们从一个实际案例切入：

关键问题：JSON 中的嵌套闭合困境


{
    "order": {
        "items": [
            {"name": "iPhone", "price": 999},
            {"name": "AirPods"...
        ]
    }

以上 JSON 中，因为最终的}]}闭合顺序出错了，会导致 JSON 解析报错，这种嵌套闭合问题在 JSON 中极其常见

对象 { 必须与 } 配对
数组 [ 必须与 ] 配对
且闭合顺序必须严格遵循「后开先关」规则（Last-In-First-Out）。

此时，一个能精准追踪层级关系的数据结构就至关重要。

为何栈（Stack）是不二之选？

1. 括号匹配的天然适配

栈的「先进后出」特性，完美贴合 JSON 嵌套的本质：

遇到左括号 ( 「{」「[」 → 入栈保存层级信息
遇到右括号 )「}」「]」 → 弹出栈顶元素并校验类型匹配

如此循环，栈始终记录了当前需要闭合的「最近未闭合的符号」。只要栈最终为空（且未在字符串中），则说明嵌套完全闭合。

2. 摒弃复杂算法的简单之道

试想过用「双指针」或「计数器」追踪括号吗？

计数器的局限性：无法处理交叉嵌套类型（如 { [...{...}] }）——单纯统计 { 和 } 的数量无法检测到 } 是否提前闭合了错误符号。
栈的优雅之处：无需额外逻辑，仅通过入栈、出栈动作自然实现匹配。例如下面的代码片段：

Stack<Character> stack = new Stack<>();
stack.push('{'); // 压入对象开始的符号
stack.push('['); // 嵌套进数组符号
char closeToken = ']'; // 现在遇到了 ]  
if (stack.pop() != '[') { // 弹出并判断是否匹配  
    return false; // 不匹配直接失败  
}

现实场景中的错误校验能力

在项目中，栈的这一特性直接解决了三个高频问题：

问题 1：括号类型错配

{
    "k": [1,2}   // 数组 `[` 用 `}` 结尾！

栈存储了 [，弹出时发现 } 与 [ 不同 → 立即报错。

问题 2：多层嵌套未闭合

{ "items": [{ "id": "A" }, // 少一个 `]` 和 `}`

栈保留了 { 和 [，最终栈不为空 → 判定结构非法。

问题 3：乱序闭合

{ [..."]]} // ] 闭合对象，} 闭合数组 → 栈弹出顺序混乱

弹出栈顶符号 { 与 ] 不匹配 → 马上终止校验。

3. 算法实现

核心代码与逻辑拆分

public static boolean validate(String jsonStr) {
    if (jsonStr == null || jsonStr.isEmpty()) return false;
    if (!isValidStartChar(jsonStr.charAt(0))) return false; // 第1道防线
    
    Stack<Character> stack = new Stack<>();
    boolean inString = false, escape = false;
    
    for (int i = 0; i < jsonStr.length(); i++) {
        char c = jsonStr.charAt(i);
        
        // 状态转移：字符串内部逻辑
        if (c == '"' && !escape) {
            inString = !inString; // 切换字符串状态
            escape = false; continue; 
        }
        
        if (c == '\\' && inString) { 
            escape = !escape; // 转义符开关
            continue;
        }
        
        // 非字符串内外层处理：括号匹配
        if (!inString) {
            if (isOpenBracket(c)) stack.push(c);
            else if (isCloseBracket(c)) {
                if (stack.isEmpty() || !ismatch(stack.peek(), c)) 
                    return false; // 括号类型或缺少左括号
                stack.pop();
            }
        }
    }
    // 最终检验：栈空+字符串已闭合
    return stack.isEmpty() && !inString;
}