Python之数据序列化（json、pickle、shelve）详解

什么是序列化

什么是序列化，把程序中的对象或者变量，从内存中转换为可存储或可传输的过程称为序列化。在 Python 中，这个过程称为 pickling，在其他语言中也被称为 serialization，marshalling，flattening 等。程序中的对象（或者变量）在序列化之后，就可以直接存放到存储设备上，或者直接发送到网络上进行传输。

序列化的逆向过程，即为反序列化（unpickling），就是把序列化的对象（或者变量）重新读到内存中~

Python中序列化的模块

模块名称	描述	提供的api
json	用于实现Python数据类型与通用（json）字符串之间的转换	dumps()、dump()、loads()、load()
pickle	用于实现Python数据类型与Python特定二进制格式之间的转换	dumps()、dump()、loads()、load()
shelve	专门用于将Python数据类型的数据持久化到磁盘，shelve是一个类似dict的对象，操作十分便捷	open()

json模块

大部分编程语言都会提供处理json数据的接口，Python 2.6开始加入了json模块，且把它作为一个内置模块提供，无需下载即可使用。

json支持的数据格式有限，有int str list dict以及特殊的tuple（会将tuple转为list）

Json模块提供了四个功能：dumps、dump、loads、load

dumps和loads主要是在内存内操作，如下：

import json 
 list = ['a','b','c'] 
 list_str = json.dumps(list)
 print(list_str)   #["a", "b", "c"] 
 list2 = json.loads(list_str)
 print(list2)    #['a', 'b', 'c']

而dump和load是从文件内操作，如下：

import json
 list = ['a','b','c']
 with open('test','w',encoding='utf-8') as f:
   json.dump(list,f) 
 with open('test','r',encoding='utf-8') as f2:
   json.load(f2)

json模块中的字符编码问题

在Python3中，代码中的字符串都是使用 unicode 格式存放的，序列化之后也是以unicode 格式存放，所以序列化和反序列化过程都不存在问题。

Python2中，代码中的字符串是 str类型，str类型 和 unicode类型 的关系如下所示：

unicode -----> encode --------> str（例如为 utf-8编码）

utf-8（例如为 utf-8编码） --------> decode ----------> unicode

所以在Python2中，序列化过程和反序列化过程都有涉及到转码过程（encode和decode），序列化过程 会先将对象中的字符串 使用utf-8 进行解码（decode），转换为unicode类型后，再存放到文件或者字符串中，反序列化过程 会将 json字符串 使用utf-8 编码（encode），然后存放到内存中的变量~

pickle模块

用法与json类似，不过pickle不能跨语言，优点是它支持python所有的数据类型

需要注意的是，pickle是以bytes类型来进行序列化的

import pickle
 list = ['a','b','c']
 list_str = pickle.dumps(list)
 print(list_str)     #b'\x80\x03]q\x00(X\x01\x00\x00\x00aq\x01X\x01\x00\x00\x00bq\x02X\x01\x00\x00\x00cq\x03e.'
 
 list2 = pickle.loads(list_str)
 print(list2)      #['a', 'b', 'c']

而正因为pickle是以bytes类型进行序列化的，所以在用dump和load方法对文件进行写入或者反序列化的时候，要以wb或者rb模式打开，如下：

import pickle
 list = ['a','b','c']
 with open('test','wb') as f:
   pickle.dump(list,f) 
 with open('test','rb') as f2:
   pickle.load(f2)

shelve模块

shelve也是python提供给我们的序列化工具，比pickle用起来更简单一些。 shelve只提供给我们一个open方法，是用key来访问的，使用起来和字典类似。

import shelve
 f = shelve.open('test1')
 f['key'] = {'a':1, 'b':2, 'c':'sss'} #直接对文件句柄操作，就可以存入数据
 f['key2'] = {'d':3, 'e':4, 'f':'ddd'}
 f.close()
 f1 = shelve.open('test1')
 dic1 = f1['key'] #取出数据的时候也只需要直接用key获取即可，但是如果key不存在会报错
 dic2 = f1['key2']
 f1.close()
 print(dic1)
 print(dic2)

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