JSON 序列化中的转义和 Unicode 编码

本文比较完整地整理一下 JSON 编码中的转义，以及 JSON 对 Unicode 编码的处理。

其实这是我上一篇文章的姊妹篇。在研究 Unicode 颜文字的时候，由于我们的数据传输是通过 JSON 串来完成的，在对颜文字进行转码传输的过程中，也发现了一个问题。解决问题之后，便有了本总结文。

JSON 中的普通转义字符

个人认为，JSON 是目前针对程序员而言可读性（readability）最佳的数据传输格式之一，并且 JSON 完整地考虑到了数据传输中的转义，避免出现各种注入风险。当对 JSON 进行序列化操作时（Go 中称为 marshal），根据 JSON 标准的说明，需要对字符串中的以下字符进行转义：

符号	名称	转义后的字符串
"	双引号	\"
/	斜杠	\/
\	反斜杠	\\
\b	退格符	\b
\f	垂直制表符	\f
Tab	水平制表符	\t
\r	回车	\r
\n	换行符	\n
<	左尖括号	\u003C
>	右尖括号	\u003E
&	And 符号	\u0026

另外针对 Go 语言，个人建议再转义一个百分号 % 为 \u0025，原因是在 Go 的各种字符串格式化操作中，百分号是一个关键字符，这样可以避免在打日志或者其他设计格式化的操作时出现错误。

JSON 中针对 Unicode 字符的处理

这里所说的 Unicode 字符，准确而言指的是在 ASCII 范围之外的字符，也就是值大于 0x7F 的 Unicode 字符。

其实大部分情况下，UTF-8 已经成为现代编程语言约定俗成的标准了，因此在 JSON 序列化时，只要简单地对 Unicode 字符的值转为二进制然后按照网络字节序打包就可以了。

但是在某些情况下，当对端采用的不是 UTF-8，或者是对端采用的不是网络字节序时（比如对方是技术底下/落后、但却话语权强大的客户/合作商/集成商），这个时候，大家统一采用 ASCII 编码，就能够避免这些问题了。

那么 JSON 是怎么使用 ASCII 编码来传输 Unicode 的呢？从前文的转义其实就可以一窥端倪了——JSON 采用的是 \uXXXX 的形式来表示一个 Unicode 字符的。每个 Unicode 字符表示法中，XXXX 必须是4个十六进制数，即便高位为0也需要补全。通过这种方式，编码和传输 Unicode 字符。在 ASCII 为主的数据传输中，这种编码方式比较稳妥，并且不会额外增加过多的数据量。当然对于 Unicode 字符比较多的情况下（比如大量的中文），这就需要程序员考虑一下额外带来的网络花销了。

大于 0xFFFF 的 Unicode 字符的编码

读者可能会注意到了，\uXXXX 格式最大只能支持到 0xFFFF，但 Unicode 早就已经超过了这个范围。大于 65535 的字符要怎么表示呢？首先，绝对不是简单地采用 \uXXXXX，这会导致编码错误。

针对大于 65535 的字符，JSON 采用的是 UTF-16 编码。UTF-16 采用了 Unicode 的一个特性：不超过20位。
比如我们用 u 代表这样的一个字符，UTF-16 的处理方法如下：

• 首先，u = u - 0x10000
• 取 hi 等于做了减法之后的 u 的高10位：hi = (u & 0xFFC00) >> 10
• 取 lo 等于做了减法之后的 u 的低10位：lo = u & 0x003FF
• 高位加上 0xD800 后进行 \u 编码
• 低位加上 0xDC00 后进行 \u 编码

举例说明：代表地球的颜文字符号 “🌍”，其编码值为 0x1F30D，按照 UTF-16 编码过程为：

• u = 0x1F30D - 0x10000 = 0xF30D，二进制为：1111 0011 0000 1101
• 高10位等于 0000111100，低10位等于 1100001101
• 高位值 0x03C 做加法之后等于 0xD83C
• 低位值 0x30D 做加法之后等于 0xDF0D
• 最终编码为 \uD83C\uDF0D

比如以下的 JSON：

{
    "string":"我是地球🌍"
}

按照 ASCII 序列化之后，结果为：

{"string":"\u6211\u662F\u5730\u7403\uD83C\uDF0D"}

参考资料

• UTF-16
• JavaScript has a Unicode problem
• Meaning of escaped unicode characters in JSON

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原作者： amc，欢迎转载，但请注明出处。

原文标题：JSON 序列化中的转义和 Unicode 编码

发布日期：2020-05-31

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本文最早发布于：https://cloud.tencent.com/developer/article/1336510，也是本人的博客