Rust 中如何解析 JSON?

在本文中，我们将讨论如何在 Rust 中使用 JSON 解析库，以及比较最流行的库及其性能。

JSON 解析基础知识

手动解析 JSON

要开始在 Rust 中使用 JSON，您需要安装一个可以轻松操作 JSON 的库。目前可用的流行crate之一是 serde-json 。您可以通过运行以下命令来安装它：

cargo add serde-json

完成后，您可以像这样手动创建 JSON：

use serde_json::{Result, Value};

fn untyped_example() -> Result<()> {
    // Some JSON input data as a &str. Maybe this comes from the user.
    let data = r#" {"name":"John Doe", "age": 43, "phones": ["+44 1234567",       "+44 2345678"            ]        }"#;

    // Parse the string of data into serde_json::Value.
    let v: Value = serde_json::from_str(data)?;

    // Access parts of the data by indexing with square brackets.
    println!("Please call {} at the number {}", v["name"], v["phones"][0]);

    Ok(())
}

然而，我们可以做得更好。例如，可以将结构 序列化为 JSON 与 或反序列化，这很常用。我们可以在 JSON 模板、Web 服务、CLI 参数等中使用它。在下一节中完成这一点。

使用 Serde 解析 JSON

Serde 是一个crate，可以帮助您将数据序列化和反序列化为各种格式，其中一个流行的用途是用于 JSON。如果您使用 Rust 编写 Web 服务，Serde 是您的朋友，因为您将经常处理可能需要发送或接收的 JSON 数据。 Serde 提供了两个主要traits来帮助您实现此目的： Serialize 和 Deserialize 。为了方便起见，添加了派生宏实现来帮助解决此问题。请参阅下文了解如何执行此操作：

use serde::{Deserialize, Serialize};

#[derive(Serialize, Deserialize)]
pub struct MyStruct {
    message: String
}

fn convert_json_to_struct() {
    // create a raw JSON string from the json! macro and turn it into a MyStruct struct
    let raw_json_string = json!({"message": "Hello world!"});
    let my_struct: MyStruct = serde_json::from_str(raw_json_string).unwrap();
}

您还可以通过添加实现 Serialize 和 Deserialize 的结构作为另一个也实现 Serialize 和 Deserialize ：

use chrono::{DateTime, Utc};
use serde::{Deserialize, Serialize};

#[derive(Serialize, Deserialize)]
pub struct Post {
      nested_json: PostMetadata,
    title: String,
      body: String
}

#[derive(Serialize, Deserialize)]
pub struct PostMetadata {
      timestamp_created: DateTime<Utc>,
    timestamp_last_updated: Datetime<Utc>,
      categories: Vec<String>,
}

一种用例是将 JSON 嵌套在 Web 服务中。例如，当您收到对具有 JSON 正文的 API 的 POST 请求时，您通常会将相关的 Json 类型作为处理函数参数传递。见下文：

use axum::Json;
use chrono::{DateTime, Utc};
use serde::{Deserialize, Serialize};

#[derive(Serialize, Deserialize)]
pub struct Post {
      nested_json: PostMetadata,
    title: String,
      body: String
}

#[derive(Serialize, Deserialize)]
pub struct PostMetadata {
      timestamp_created: DateTime<Utc>,
    timestamp_last_updated: Datetime<Utc>,
      categories: Vec<String>,
}

async fn receive_some_json(
  // this extractor consumes a JSON body and converts it into the struct type given
    Json(json): Json<Post>
) -> Json<Post> {
  println!("{:?}", json);
    Json(json)
}

除了前面显示如何使用 serde_json 从 JSON 字符串转换为结构体的代码片段之外，您还可以从其字节表示形式转换为结构体：

let json_as_bytes = b" {   \"message\": \"Hello world!\",    }";

    let my_struct: MyStruct = serde_json::from_slice(json_as_bytes).unwrap();

如果您想将结构作为字节数组存储在某处，然后稍后将其转回结构，那么这特别有用！

同样，您也可以使用 .from_reader() 方法从 JSON IO 流读取 JSON 并将其转换为结构体。以下是取自 serde_json 文档的示例，说明如何将其与 TCP 流一起使用：

use serde::Deserialize;
use std::error::Error;
use std::net::{TcpListener, TcpStream};

#[derive(Deserialize, Debug)]
struct User {
    fingerprint: String,
    location: String,
}

fn read_user_from_stream(tcp_stream: TcpStream) -> Result<User, Box<dyn Error>> {
    let mut to_be_deserialized = serde_json::Deserializer::from_reader(tcp_stream);
    let user = User::deserialize(&mut to_be_deserialized)?;

    Ok(user)
}

fn main() {
    let listener = TcpListener::bind("127.0.0.1:4000").unwrap();

    for stream in listener.incoming() {
        println!("{:#?}", read_user_from_stream(stream.unwrap()));
    }
}

通过这种方式，您可以直接从流中反序列化，而不是在内存中添加缓冲。如果您收到大量基于 JSON 的数据，这可以为您提供很大帮助！

Comparing Rust JSON crates

比较 Rust JSON crates

尽管 serde-json 可能是最受欢迎的 crate，但它绝不是最快的。与此同时，还出现了一些其他 crate，以提高一般 JSON 解析性能。然而，为了换取性能，CPU SIMD 扩展要求存在一些注意事项。不安全代码的使用也有所增加，尽管一般来说，我们已尽最大努力确保代码可以安全使用。

所有这些 crate 大部分都具有相同的 API。除非另有说明，否则您可以安全地在这些库之间切换，并期望每个库中使用大致相同的 JSON 接口。

serde-json

serde-json 是最容易使用的 Rust JSON 库。它不需要额外的依赖项来使用，并且当您需要访问原始 JSON 值的惯用操作时，通常建议与 serde 一起使用。 serde-json 还支持 no_std ，允许您关闭默认的 std 功能并启用 alloc 。

就性能而言， serde-json 本身无论如何都不慢。但是，它比此列表中的其他一些 JSON 库慢。这主要是由于针对 非并行 CPU 使用进行了优化。特别是如果您能够访问现代 x86 CPU，您可能需要继续阅读以了解有关一些性能更好的选项的更多信息。然而，这个crate 也是 Rust 社区中使用最广泛和支持最多的，所以如果您遇到问题，那么很容易找到帮助！

simd-json

simd-json 是 simdjson C++ JSON 解析器的 Rust 语言绑定，内置了 serde 兼容性。顾名思义，该库使用 SIMD（单指令的缩写）多个数据。这是一种能够通过并行处理来处理多个数据点的技术，使其速度显着加快！但需要注意的是，它要求您的系统支持 x86，并且在运行时它将选择最佳的 SIMD 功能集以实现性能。如果没有可用的功能集，还有一个未优化的 Rust 实现，但在文档中提到不应依赖它。

文档中提到 simd-json 可以在本机目标编译上满负荷使用。您可以通过在运行程序时启用 rustc 中的以下编译器选项来做到这一点，如下所示：

rustc -C target-cpu=native

但是，如果您像大多数使用 Cargo 的人一样，您可能想使用 cargo run 。如示例中所示，您可以在 .cargo/config 处创建配置，然后添加以下内容：

[build]
rustflags = ["-C", "target-cpu=native"]

一般来说，虽然这个库相当快，但应该注意的是，由于它是 C++ 的 rust 语言绑定，因此该 crate 中存在相当多的不安全代码。这并不是说你不应该使用它，而是要谨慎使用它（正如crate所说）。尽管如此，有一个关于安全的部分详细介绍了如何坚持最佳实践（如单元测试）以确保crates尽可能安全地使用。

还应该提到的是，为了获得最佳性能，通常最好启用 jemalloc 或 mimalloc 功能，以便能够充分利用该库。

一般来说， simd-json 的 API 与 serde-json 相同，因此如果您想随时切换，那么通常这样做不会有任何问题。

sonic-rs

sonic-rs 是具有 SIMD 功能的 JSON 操作的 Rust 实现。该库还有 C++ 和 Go 中的对应库！虽然它过去需要 Rust nightly 工具链，但它支持稳定的 Rust。与 simd-json 类似，它也需要 x86 CPU 架构才能满负荷运行。

与 simd-json 一样，要使用 sonic-rs 您需要在运行程序时在 rustc 中启用以下编译器选项：

rustc -C target-cpu=native

您可以在 .cargo/config 创建配置，然后添加以下内容以在使用 cargo run 时启用它：

[build]
rustflags = ["-C", "target-cpu=native"]

这使您无需执行任何其他操作即可构建 SIMD！

与 simd-json 一样，使用了相当数量的 unsafe 代码。但是，如果您在库中搜索不安全代码，您可能会发现比以前的库中更多的 unsafe 代码。关于如何维护不安全保证的文档也很少，因此尽管这个库可能比 simd-json 更快，但您需要仔细检查是否存在未定义的行为！

sonic-rs 另外还有一些额外的方法用于惰性评估和额外的速度。例如，如果您想要 JSON 字符串文字，则可以在反序列化时使用 LazyValue 类型将其转换为仍包含正斜杠的 JSON 字符串值。如果您不怕不安全行为或者确定它不会出错，还有很多 unchecked 方法可以使用。

虽然 sonic-rs 是一个相当快的库，但它也是一个更新的 crate，因此 crate 中缺少一些方法，例如 from_reader （允许从 IO 流读取）。这已经作为 GitHub 问题提出，所以希望它能尽快实施。

基准

您可以在此处找到 simd-json 和 serde-json 的基准。 simd-json 与 serde-json 相比有相当显着的改进。

您可以在此处找到 sonic-rs 的基准，其中还将其与 simd-json 和 serde-json 进行比较。正如您所看到的，最终结果的格式与 simd-json 和 serde-json 基准测试的格式不同，因此每秒处理的数据量更难以理解。然而，在大多数情况下， sonic-rs 明显（有时是巨大！）比 simd-json 和 serde-json 快。

尾声

谢谢阅读！我希望本文能够帮助您了解如何有效使用 Rust JSON 解析库。

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原文地址:Parsing JSON in Rust