「JSONって何？」初心者向けに分かりやすく解説！あなたもすぐJSONの基本を理解できる！

22 October, 2023

JSONとは何か？

JSONとはJavaScript Object Notationの略で、データを表現する方法の一つとなります。これは元々JavaScriptで書かれたオブジェクトを表現する方法で、オブジェクト指向プログラミングにおけるデータ構成の基本単位として用いられます。 JSONでは、データは「キー」:「バリュー」（値）の形式で表現されています。例えば、"name": "John" や "age": 30 のようになります。これをプログラミングの世界では「キーバリューのペア」などと表現します。「キー」は一意の識別子であり、「バリュー」はそのキーが持つ値です。さらにこれらのペア群を波括弧{}で囲むことで一つのオブジェクトとして表現されます。例えば、 { "name": "John", "age": 30 } という具体的な形式となります。特に重要な点として、JSONの「バリュー」には数値、文字列、真偽値、配列、オブジェクトの他、nullといったさまざまなデータ型を扱うことができます。こういった特性から、JSONはウェブAPIなどでよく用いられています。つまり、複雑なデータ構造を整理しやすくし、多様なデータ型を対象にしたデータの送受信が可能なためです。また、JSONのデータ形式は、プログラミング言語を問わずに解釈・生成が可能です。JavaScriptだけでなくPython、Java、Rubyといった他の言語でもJSONを扱えます。これはJSONがテキスト形式であるためであり、一方でこれがJSONがデータ交換フォーマットとして人気がある大きな理由となっています。簡潔で人間が読み書きしやすい形式であること、データの通信における効率性、豊富なデータ型に対応していることなどの理由から、JSONは現在、APIなどデータ通信を扱う際に最も一般的に使用されるデータ形式の一つとなっています。

JSONの背景と重要性

JSONが私たちの日常生活にどのように深くルーツを下ろしているかを理解するためには、その背景と重要性をしっかりと学んでいくことが必要です。 JSONは1999年にDouglas Crockfordによって提唱され、その後JavaScriptの一部としてECMA（European Computer Manufacturers Association）に公式に採用されました。JSONは、確かにJavaScriptで初めて登場したデータフォーマットでありますが、その構文の簡潔さと柔軟性により、徐々に他のプログラミング言語にも活用されるようになりました。Python、Ruby、Javaなど、どの言語でも同じJSONデータをパースし、操作できるのはまさにその表れです。また、JSONの重要性について語る上で外せないのが、ウェブサービスの普及と同時に行われたXML（eXtensible Markup Language）からのシフトです。2000年代初頭、ウェブAPIは主にXMLを用いてデータを送受信していました。しかし、XMLはその複雑さや冗長性から扱いづらさを指摘され、よりシンプルで簡易的なデータ形式が求められていました。その要請に応える形で登場したのがJSONです。XMLと比較し、シンプルで軽量な構造を持ちつつ、複雑なデータ構造を捌くことも可能なJSONは、ウェブAPIのデータ交換形式として急速に普及していきました。さらに、近年のIoT（Internet of Things）の普及や、マイクロサービスアーキテクチャの進展に伴い、さまざまなデバイスやサービス間でのデータ送受信が増える中で、JSONの利用はさらに広がりを見せています。これらの場面では、データを軽量で読みやすい形式でやり取りすることが求められ、その要請に適う形でJSONは採用され続けています。以上のような経緯と現状から見ても、JSONの背景を理解し、その重要性を認識することは、現代のデータ通信を理解する上でなくてはならないステップと言えるでしょう。

JSONの基本構造

JSONの基本構造を理解するには、その構成要素である「値」、「キーと値のペア」、「オブジェクト」、「配列」を各々理解する必要があります。以下にそれぞれを詳しく見ていきましょう。まず「値」ですが、これはJSONにおける基本的なデータ単位です。値として設定できるのは次の6種類です：文字列（"Hello, World!"）、数値（123）、ブール値（true/ false）、配列（["one", "two", "three"]）、空（null）、そしてオブジェクト（{"key": "value"}）です。これらの値は単独で用いられることもありますし、後述のキーと値のペアや配列、オブジェクトの構成要素として用いられることもあります。次に「キーと値のペア」です。「キー:値」の形で記述します。"name":"John" はキーが "name" で、その値が "John" という意味になります。そして、そのキーと値のペアの集まりを「オブジェクト」、括弧{}で囲む形で表現します。例えば、次のようになります。

{
    "name": "John",
    "age": 30,
    "isStudent": false
}

これにより、一人の人物に関する複数の情報を一つの「オブジェクト」として表現することができます。このような情報の集まりをデータセットと呼び、実際の開発では重要な役割を果たします。最後に「配列」です。配列は同じ形式のデータのリストを表現します。配列は角括弧[]でデータを囲む形で作成します。例えば、

{
  "students": ["John", "Sarah", "Tom", "Emma"]
}

このように複数の値を一つのキーに紐付けることも可能です。このようにして、JSONは値、キーと値のペア、オブジェクト、配列という要素を組み合わせて複雑なデータ構造を表現します。これらの基本的な構造が理解できれば、あとはそれを組み合わせて利用するだけなので、非常にシンプルで覚えやすいデータ形式といえるでしょう。また、これらの特性がJSONを軽量でユニバーサルなデータフォーマットにしています。

JSONの利点と使用例

JSONのメリットとして、まず挙げられるのがその読みやすさと書きやすさです。JSONはJavascript言語のオブジェクト表記法をベースにしているため、直感的な記述が可能であり、またその結果、人間が読み解くにも非常に容易です。これは、データを扱う全ての人々が共有できるメリットであり、プログラマーだけでなく、データサイエンティストやエンドユーザーにとっても有益です。また、次に挙げられるメリットは、JSONが軽量であるという点です。JSONは、その構成要素が最小限であり、また形式的な記述が少ないため、データのボリュームが少ないです。このため、ネットワークを通じてデータを送受信する際の負荷が少ないというメリットがあります。そして、JSONのもう一つの大きなメリットは、広範囲なプログラミング言語でサポートされているという点です。Java、Python、Ruby、PHP、JavaScriptなど、多くの言語がJSONをパース（解析）できる機能を持ち、またJSON形式のデータを出力できます。これにより、異なる技術スタックを持つシステム間でデータを簡単にやりとり出来る通信プロトコルとして非常に役立っています。具体的な使用例としては、ウェブアプリケーションの通信によく用いられます。例えば、あるウェブサーバが数値、文字列、ブール値、配列、オブジェクトなどの様々なタイプのデータを、クライアント側（ブラウザやアプリ等）に送りたいとします。そんな時、JSONは非常に便利なデータ形式となります。また、言語非依存性の特性から、JSONはRESTful APIなどのWebServiceでよく用いられるデータ交換のフォーマットとしても非常に一般的です。これらの特性により、JSONはデータを効率的にやり取りする際の重要なツールとなっています。次節では、実際にJSONを扱う具体的な手順について見ていきましょう。

JSONを扱うための具体的な手順

JSONを扱うには、基本的に2つの手順があります。一つ目はJSONのデータを生成すること、そして二つ目は生成したJSONデータを理解（パース）することです。まずJSONのデータを生成するには、多くのプログラミング言語には既に専用のメソッドが用意されています。以下に、Java, Python, JavaScriptでJSONデータを生成する一例を挙げておきます。

Javaの場合

Java用のライブラリ「Jackson」では、以下のようにしてJSONデータを生成します。

ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();
String jsonString = objectMapper.writeValueAsString(YourObject);

Pythonの場合

Pythonでは標準ライブラリの一部であるjsonモジュールを使います。

import json
jsonData = json.dumps(YourDictionary)

JavaScriptの場合

JavaScriptでも同様にJSONデータの生成が可能です。

let jsonString = JSON.stringify(YourObject);

次に生成したJSONデータを理解（パース）する際は、再度多くのプログラミング言語で専用のメソッドが存在します。例えば上記と同じ3つの言語では以下の通りです。

Javaの場合

ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();
YourClass yourObject = objectMapper.readValue(jsonString, YourClass.class);

Pythonの場合


import json
yourDict = json.loads(jsonData)

JavaScriptの場合

let YourObject = JSON.parse(jsonString);

これらを用いれば、JSON形式のデータを各プログラミング言語で扱うことが可能です。ただしこれらのコード例では、エラーハンドリングやインデント設定、日本語など特殊な文字の扱いなど、細かな部分は省略しています。また、"YourObject", "YourDictionary", "YourClass" と示した部分には、実際にはそれぞれ適切なオブジェクト、辞書、クラスを指定する必要があります。このように、各言語ごとに少しずつ書き方は違いますが、全ての言語で共通しているのは、生成手段とパース手段が明確に分けられているということです。また、一旦JSON形式にしたデータは、それを生成したプログラミング言語に関わらず、異なる言語でパースすることが可能というのが大きな特徴と言えます。上記で紹介した方法を使用すれば複雑なデータも自由にやり取りすることが可能となり、様々なシステム間でのデータ通信を簡単に実現できます。続く節では、具体的なコード例とその解説を通じて、更に深くJSONの世界を探求していきましょう。

JSON具体的なコード例と解説

先ほど紹介した基本的なコード例に加えて、もう少し具体的なJSONの使用例を見ていきましょう。今回はJavaScriptを使いながら、実際にどういったデータがJSON形式でどのように表現されるのか見ていきます。まずは、単純なデータ構造のJSONの生成から始めましょう。

let user = { "name": "John", "age": 30, "city": "New York" };
let jsonString = JSON.stringify(user);
console.log(jsonString);

これを実行すると、次のように単純なオブジェクトがJson形式の文字列に変換され、出力されます。

{"name":"John","age":30,"city":"New York"}

次に、このJSON形式のデータをパースしてみましょう。

let userFromJson = JSON.parse(jsonString);
console.log(userFromJson.name); // John
console.log(userFromJson.age); // 30
console.log(userFromJson.city); // New York

このように、パース後のオブジェクトからは元のデータを自由に取り出すことが可能です。次に、配列を含んだ複雑なデータ構造をJSONで表現する例を見てみましょう。

let userWithFamily = { 
    "name": "John", 
    "age": 30, 
    "city": "New York",
    "family": [
        {"name": "Jane", "age": 28, "relation": "wife"},
        {"name": "Mike", "age": 5, "relation": "son"}
    ]
};
let jsonStringWithFamily = JSON.stringify(userWithFamily);
console.log(jsonStringWithFamily);

これを実行すると、次のようなJSON形式の文字列が出力されます。


{"name":"John","age":30,"city":"New York","family":[{"name":"Jane","age":28,"relation":"wife"},{"name":"Mike","age":5,"relation":"son"}]}

このように、JSONを利用することで複雑なデータ構造でも簡単に文字列化し、異なるシステム間でデータを送受信することが可能になります。また、JSON形式のデータは人間にとっても理解しやすい形式であるため、デバッグ時にも便利なツールとなるでしょう。

JSON利用時の注意点とトラブルシューティング

JSONを扱う際には、以下のような注意点やトラブルシューティングを意識することが重要です。 1. 文字列の扱い： JSONは基本的にすべてのキーと文字列の値をダブルクォーテーション（" "）で囲む必要があります。シングルクォート（' '）やバッククォート（` `）は使えません。間違ってこれらを使用するとメタデータの解析時にエラーとなる可能性があります。 2. データ形式の扱い： null、true、false、数値は文字列ではなく、そのままの形でJSONに記載します。これらを文字列として記述すると、意図しないデータ型として解析される可能性があります。 3. 変数名の命名： JSON内で使用するキーの名前はJavaScriptの命名規則に従う必要があります。これを無視すると、解析時にエラーとなる可能性があるので注意が必要です。 4. エンコーディング： JSONファイルは基本的にUTF-8形式でエンコードすべきです。これを無視し他のエンコーディング形式を使用すると、解析エラーに繋がる可能性があります。 5. 不正なJSON形式のトラブルシューティング：エラーが発生した場合、まずはJSON形式が正しいか確認することが重要です。タイプミスや細かなミスが原因で発生することが多いです。オンラインのJSON検証ツールを利用してチェックすると効率良くエラーを見つけることができます。 JSONはデータの送受信で広く利用されているため、これらの基本的な注意点とトラブルシューティング技術を理解することで、より効率的にデータを扱い、エラーを未然に防ぐことができます。

まとめ: JSONを理解し活用するために

この記事で学んだJSONの基本的な知識は、ほとんどのウェブ開発やデータ解析タスクにおいて非常に役立ちます。初心者がJSONを理解し活用するためには以下の点を押さえておくことが重要です。 1. JSONとはキーと値のペアを使用してデータを表現するための軽量なデータ交換フォーマットです。人間にも機械にも読みやすい形式をしています。 2. JSONは多種多様なプログラミング言語と互換性があります。これにより、プログラミング言語の選択による制約を受けることなく、データを送受信することができます。 3. JSONは基本的にJavaScriptのオブジェクトリテラルと同じ構文を使用しますが、全てのキーと文字列の値をダブルクォーテーションで囲む等、JavaScriptと異なる点もあります。特に、値がnull、true、false、数値の場合は、そのまま（文字列ではない形で）記述します。 4. JSON形式は、その構造が単純であることから、データのリーダビリティが高いというメリットがあります。また、その構造の単純さゆえにデータの送受信速度が速く、これもJSONが広く使われている理由の一つです。 5. JSONを扱う上でのエラーは主に、文字列の扱い、データ形式の扱い、変数名の命名、エンコーディング、JSONの形式誤り等に起因します。これらは意識してコーディングすることで大部分は防げます。 6. また、エラーが発生した場合、まずJSON形式が正しいか確認することが重要です。オンラインツールを用いることで比較的簡単にトラブルシューティングを行うことが可能です。これらの知識をしっかりと理解し、JSONの習得を進めてみてください。それぞれの状況により、必要なスキルや知識は異なりますが、JSONは何かしらの形で必ず出てきます。より具体的な手順やコーディングテクニックが必要になった際には、本記事が参考になれば幸いです。