JSON.toJSONString() 输出 “$ref“:“$[0]“问题解决及原因分析

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一、背景

在构建一个公共的批处理方法类的时候，在测试输出的时候，打印了" $re f " : "$ [0][0]"的内容，这让我比较疑惑。不由得继续了下去…

二、问题分析

首先，我们需要明确，在使用诸如Java的序列化库（如Jackson、Gson或Fastjson等）将数据转换为JSON字符串时，JSON.toJSONString(map<String,String>) 调用中可能出现 “ $re f " : "$ [0][0]” 的原因。在JSON序列化过程中，“ $re f " : "$ [0][0]” 这类引用标记通常表示对象中存在循环引用，即一个对象直接或间接地引用了自己。JSON序列化库在检测到这种循环引用时，会尝试使用引用来避免无限递归，并节省内存。

对于简单的 Map<String, String> 类型，通常不应该出现循环引用，因为键值对本身不包含对其他键值对的引用。因此，这个问题可能是在其他部分的代码或序列化库的实现中产生的。

2.1 问题示例

假设我们有一个简单场景，其中Map中的值是一个自引用的类实例，这会导致序列化时出现$ref。


import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;
import com.fasterxml.jackson.annotation.JsonIdentityInfo;
import com.fasterxml.jackson.annotation.ObjectIdGenerators;

@JsonIdentityInfo(
    generator = ObjectIdGenerators.PropertyGenerator.class, 
    property = "id")
class SelfReferencingObject {
    int id;
    SelfReferencingObject selfRef;

    public SelfReferencingObject(int id) {
        this.id = id;
    }

    public void setSelfRef(SelfReferencingObject ref) {
        this.selfRef = ref;
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
        SelfReferencingObject obj1 = new SelfReferencingObject(1);
        SelfReferencingObject obj2 = new SelfReferencingObject(2);
        
        // 创建循环引用
        obj1.setSelfRef(obj1);
        obj2.setSelfRef(obj2);
        
        Map<String, SelfReferencingObject> map = new HashMap<>();
        map.put("obj1", obj1);
        map.put("obj2", obj2);
        
        String json = mapper.writeValueAsString(map);
        System.out.println(json);
    }
}

上述代码在运行时，将会输出类似于以下内容，其中包含了$ref来表示循环引用：

{
“obj1”: {
“id”: 1,
“@ref”: “ $KaTeX parse error: Expected 'EOF', got '}' at position 8: [0]" }̲, "obj2": { \dots$ [1]”
}
}

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三、原因解析

3.1 循环引用

如果Map中的值直接或间接地引用了Map本身或其他位于Map中的对象，形成了一个闭环，序列化时为了防止无限循环和堆栈溢出，序列化库会使用$ref来标记已处理过的对象，避免重复输出。

3.2 重复引用

即使没有循环引用，但如果多个键值对引用了相同的对象实例，一些序列化库也会使用$ref来优化输出，表示这些位置引用的是同一个对象。

四、解决方案

4.1. 禁用循环检测（不推荐，仅作演示）

大多数序列化库提供了配置选项来禁用循环引用检测，但这可能会导致其他问题，如无限循环序列化。

ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
mapper.disable(com.fasterxml.jackson.databind.deser.DeserializationFeature.FAIL_ON_UNKNOWN_PROPERTIES);
mapper.enable(com.fasterxml.jackson.databind.SerializationFeature.WRITE_DURABLE_OBJECT_IDS);
String json = mapper.writeValueAsString(map);
...

注意：此方法可能不会直接解决问题，且可能导致无限循环或其它错误，实际应用中应谨慎。

4.2. 自定义序列化策略

你可以通过实现自定义的序列化器或采用库提供的注解等方式，控制特定对象或类的序列化行为，避免$ref的产生。

// 使用Jackson的@JsonIdentityInfo注解解决循环引用
// 上面的SelfReferencingObject类已经添加了@JsonIdentityInfo注解

// 序列化代码保持不变
使用@JsonIdentityInfo后，输出的JSON会为重复的对象生成唯一ID，而不是直接使用$ref。

4.3. 手动处理引用

在序列化前，检查并打破潜在的循环引用，比如将引用替换为ID或者浅拷贝对象以切断循环链。

public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
        
        SelfReferencingObject obj1 = new SelfReferencingObject(1);
        SelfReferencingObject obj2 = new SelfReferencingObject(2);
        
        // 防止循环引用，这里不设置selfRef
        
        Map<String, SelfReferencingObject> map = new HashMap<>();
        map.put("obj1", obj1);
        map.put("obj2", obj2);
        
        String json = mapper.writeValueAsString(map);
        System.out.println(json);
    }
}

这个例子中，我们直接不设置selfRef，从而避免了循环引用。

4.4. 使用特定库的功能

某些库如Jackson提供了@JsonIdentityInfo注解来处理循环引用问题，自动为重复的对象生成ID引用。

已在示例1中展示了如何使用Jackson的@JsonIdentityInfo注解处理循环引用。

或者使用JSON.toJSONString(Object object, SerializerFeature… features)方法，并传入SerializerFeature.DisableCircularReferenceDetect特性来禁用循环引用检测。


   String jsonString = JSON.toJSONString(users, SerializerFeature.DisableCircularReferenceDetect);

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五、补充知识点

在Java中，对象之间的循环引用、重复引用、自引用或相互引用，通常在代码层面直观体现为对象的属性互相指向对方。下面通过示例来具体展示这些引用方式：

5.1. 循环引用

当两个或多个对象互相持有对方的引用，形成一个闭环，这就是循环引用。


class Person {
    String name;
    Person friend;

    Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    void setFriend(Person friend) {
        this.friend = friend;
        // 这里设置朋友的friend为自己，形成循环引用
        friend.setFriend(this);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person alice = new Person("Alice");
        Person bob = new Person("Bob");
        alice.setFriend(bob); // 设置Alice的朋友是Bob
    }
}

在这个例子中，alice的朋友是bob，而bob的朋友又被设置为alice，形成了循环引用。

5.2. 重复引用

如果多个变量或数据结构引用同一个对象实例，就是重复引用。

class Book {
    String title;
    
    Book(String title) {
        this.title = title;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Book popularBook = new Book("Popular Title");
        List<Book> library = new ArrayList<>();
        library.add(popularBook);
        library.add(popularBook); // 同一个Book实例被添加两次，形成重复引用
    }
}

这里，popularBook这个Book实例被library列表重复引用了两次。

5.3. 自引用

自引用指的是对象的一个属性直接或间接地引用自身。

class Node {
    String data;
    Node next; // 可能指向自己，形成自引用

    Node(String data) {
        this.data = data;
    }

    void setNext(Node next) {
        this.next = next;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Node node = new Node("Node Data");
        // 形成自引用
        node.setNext(node);
    }
}