JSON คืออะไร ? รู้จักโครงสร้าง ประโยชน์ การทำงาน ข้อดี-ข้อเสีย ของมัน

JSON คืออะไร ?

ในยุคปัจจุบันที่การสื่อสาร และโครงสร้างพื้นฐานทางเทคโนโลยีเปลี่ยนผ่านเข้าสู่โลกดิจิทัลอย่างเต็มรูปแบบ ข้อมูล (Data) ได้กลายเป็นหัวใจสำคัญที่สุดในการขับเคลื่อนทุกแอปพลิเคชัน และบริการ ไม่ว่าจะเป็นการกดสั่งซื้อสินค้าในแอปพลิเคชัน e-Commerce, การเช็กสภาพอากาศบนสมาร์ตโฟน, การทำธุรกรรมทางการเงินผ่าน Mobile Banking ไปจนถึงการสตรีมวิดีโอคุณภาพสูง เบื้องหลังความราบรื่น และต่อเนื่องของบริการเหล่านี้ คือการรับส่ง และแลกเปลี่ยนข้อมูลนับพันล้านชุดต่อวินาทีระหว่างเครื่อง เซิร์ฟเวอร์ (Server) และอุปกรณ์ของผู้ใช้งาน หรือ ไคลเอ็นต์ (Client) ที่ตั้งอยู่ต่างสถานที่กัน

ความท้าทายที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของวงการพัฒนาซอฟต์แวร์ตั้งแต่ยุคเริ่มต้นคือ "การหาภาษากลางในการสื่อสาร" เนื่องจาก ระบบปฏิบัติการ (OS), ภาษาคอมพิวเตอร์ (Programming Languages) และฐานข้อมูลที่แต่ละระบบใช้นั้น มีความแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง ตัวอย่างเช่น เซิร์ฟเวอร์หลังบ้านอาจเขียนด้วย ภาษา Python หรือ Java ในขณะที่แอปพลิเคชันหน้าบ้านอาจพัฒนาด้วย ภาษา JavaScript, ภาษา Swift บน ไอโอเอส (iOS) หรือ Kotlin บน แอนดรอยด์ (Android) การที่จะทำให้ระบบต่างที่แตกต่างกันเหล่านี้ สามารถเข้าใจ และแลกเปลี่ยนโครงสร้างข้อมูลชุดเดียวกันได้ จึงต้องมี "ฟอร์แมตมาตรฐานสำหรับจัดรูปแบบข้อมูล" (Data-Interchange Format) เข้ามาทำหน้าที่เป็นตัวกลาง

ในอดีต โลกของการพัฒนาระบบไอทีมักพึ่งพาฟอร์แมตอย่าง XML (Extensible Markup Language) เป็นมาตรฐานหลัก ซึ่งแม้ว่า XML จะมีความยืดหยุ่นและรองรับโครงสร้างซับซ้อนได้ดี แต่ก็แลกมาด้วยข้อเสียขนาดใหญ่ นั่นคือ โครงสร้างซ้ำซ้อน, มีขนาดไฟล์ที่ใหญ่เกินความจำเป็นจากการใช้แท็กเปิด-ปิด () และใช้ทรัพยากรของระบบสูงในการอ่าน และประมวลผล (Parsing) ส่งผลให้เกิดความล่าช้าในการรับส่งข้อมูล และใช้แบนด์วิธเครือข่ายอย่างเปลืองเปล่า

ด้วยการเติบโตอย่างก้าวกระโดดของ เว็บแอปพลิเคชัน (Web Application) ในยุค Web 2.0 ร่วมกับความแพร่หลายของเทคโนโลยี AJAX (Asynchronous JavaScript and XML) และ ส่วนต่อประสานโปรแกรมประยุกต์ (API) RESTful API ความต้องการฟอร์แมตข้อมูลชนิดใหม่ที่ "เบา รวดเร็ว และประมวลผลได้ง่าย" จึงกลายเป็นเรื่องเร่งด่วน นี่คือจุดกำเนิดของ JSON (JavaScript Object Notation) รูปแบบการรับส่งข้อมูลที่ถูกออกแบบมาให้มนุษย์สามารถอ่านเข้าใจได้ง่ายเหมือนข้อความทั่วไป ในขณะเดียวกันก็เรียบง่ายพอที่โปรแกรมคอมพิวเตอร์ทุกภาษาสามารถตีความได้อย่างรวดเร็ว

ปัจจุบัน JSON ได้ก้าวขึ้นมาจากฟอร์แมตทางเลือก จนกลายเป็น "มาตรฐานหลักโดยสมบูรณ์" (De Facto Standard) สำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลบนเครือข่ายอินเทอร์เน็ตทั่วโลก ไม่เพียงแต่ใช้ในเว็บ API เท่านั้น แต่ยังขยายขอบเขตไปถึงการจัดเก็บข้อมูลในฐานข้อมูล NoSQL ยุคใหม่, การจัดการไฟล์ตั้งค่าระบบ (Configuration Files), รวมถึงโครงสร้างพื้นฐานด้าน การประมวลผลแบบคลาวด์ (Cloud Computing)

บทความนี้จะพาทุกท่านไปเจาะลึกทำความเข้าใจทุกมิติของ JSON ตั้งแต่โครงสร้างพื้นฐาน การทำงาน ไปจนถึงประวัติความเป็นมาและเหตุผลที่ทำให้มันกลายเป็นเทคโนโลยีเปลี่ยนโลกในปัจจุบัน ...

JSON คืออะไร ? (What is JSON ?)

JSON ย่อมาจาก JavaScript Object Notation มันเป็นมาตรฐานฟอร์แมตจัดรูปแบบข้อมูลคอมพิวเตอร์ชนิดข้อความ (Text-based Data Interchange Format) ที่ออกแบบมาให้มีน้ำหนักเบา อ่านง่ายสำหรับมนุษย์ และประมวลผลได้รวดเร็วสำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์ โดยถูกใช้งานเป็นหลักในการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างระบบ เช่น การส่งข้อมูลจากเว็บเซิร์ฟเวอร์ไปยังเว็บเบราว์เซอร์ หรือการรับส่งข้อมูลผ่าน API ของแอปพลิเคชันต่าง ๆ

หากวิเคราะห์นิยาม และคุณสมบัติของ JSON อย่างละเอียด จะประกอบด้วยหัวใจสำคัญ 4 ด้าน ดังนี้

1. สภาพเป็นข้อความล้วน (Pure Text Format)

แม้ชื่อจะมีคำว่า JavaScript อยู่ แต่ตัว JSON เองเป็นเพียง "ข้อความอักษรธรรมดา" (PlainText) ไม่ใช่โค้ดสคริปต์ที่สามารถรันคำสั่งสั่งงาน หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) ได้โดยตรง การที่มันเป็น Text-based ทำให้ JSON มีข้อดีสำคัญหลายอย่าง ดังนี้

ข้ามระบบได้ไร้ปัญหา

ข้อความธรรมดาสามารถส่งผ่าน โปรโตคอล (Protocol) เครือข่ายอย่าง HTTP / HTTPS หรือ WebSocket ได้อย่างราบรื่น โดยไม่ติดปัญหาความแตกต่างของประเภทเครื่องคอมพิวเตอร์ สถาปัตยกรรม CPU หรือระบบปฏิบัติการ

ไม่ขึ้นกับภาษาโปรแกรมมิ่ง

ไวยากรณ์ของ JSON มีรากฐานมาจากโครงสร้าง Object ของ ภาษา JavaScript ตามมาตรฐาน ECMA-262 3rd Edition แต่เนื่องจากโครงสร้างการเก็บข้อมูลแบบ Key-Value และ List เป็นโครงสร้างพื้นฐานที่มีในภาษาโปรแกรมมิ่งเกือบทุกภาษาในโลก ภาษาอย่าง Python, Java, ภาษา C#, ภาษา C++, ภาษา PHP, ภาษา Go หรือ ภาษา Rust จึงมี ไลบรารี (Library) มาตรฐานสำหรับอ่าน (Parse) และสร้าง (Generate) ข้อมูล JSON ได้โดยทันที

2. โครงสร้างพื้นฐานสากล (Universal Data Structures)

ความฉลาดในการออกแบบของ Douglas Crockford ผู้คิดค้น JSON คือการตัดส่วนที่ไม่จำเป็นออกทั้งหมด  และเหลือไว้เพียงโครงสร้างข้อมูลพื้นฐานสากล 2 รูปแบบหลัก ซึ่งครอบคลุมการเก็บข้อมูลแทบทุกประเภทในโลกซอฟต์แวร์

โครงสร้างแบบคู่ชื่อ และค่า

ในแต่ละภาษาโปรแกรมมิ่ง โครงสร้างนี้เรียกต่างกัน เช่น Object (JavaScript), Dictionary (Python), Hash Table / Map (Java/C#) หรือ Associative Array (PHP) แต่ในไวยากรณ์ JSON โครงสร้างนี้จะถูกครอบด้วยเครื่องหมายปีกกา "{ }" และเชื่อมข้อมูลด้วย ":"

โครงสร้างแบบลำดับรายการ 

ในภาษาโปรแกรมมิ่งเรียกกันว่า Array, List, Vector หรือ Sequence ส่วนในไวยากรณ์ JSON โครงสร้างนี้ครอบด้วยเครื่องหมายวงเล็บเหลี่ยม "[ ]" และแยกสมาชิกแต่ละตัวด้วยเครื่องหมายจุลภาค ","

3. กฎเกณฑ์ไวยากรณ์ที่เข้มงวด 

เพื่อป้องกันความสับสนในการตีความข้อมูล JSON จึงมีกฎเกณฑ์ไวยากรณ์ (Syntax) ที่เข้มงวดกว่าไวยากรณ์ของ JavaScript ทั่วไป

• ชื่อฟิลด์ (Key) และข้อมูลประเภทข้อความ (String) จะต้องล้อมรอบด้วยเครื่องหมายอัญประกาศคู่ (" ") เท่านั้น ห้ามใช้เครื่องหมายอัญประกาศเดี่ยว (' ') เด็ดขาด
• ไม่อนุญาตให้ใส่เครื่องหมายจุลภาค "," ต่อท้ายรายการสุดท้ายใน Object หรือ Array
• JSON เก็บได้เฉพาะ ข้อมูลเชิงคุณลักษณะ (Data Properties) เท่านั้น ไม่สามารถบรรจุเมธอด (Methods), ฟังก์ชัน (Functions) หรือการคำนวณใด ๆ ลงไปได้
• ในมาตรฐาน JSON ดั้งเดิม จะไม่สามารถแทรกการเขียนคอมเมนต์ "//" หรือ "(/* */)" ได้เลย เพื่อป้องกันไม่ให้นักพัฒนานำคอมเมนต์ไปใส่เป็นคำสั่งควบคุมการทำงานจนเสียมาตรฐาน

4 ข้อกำหนดไฟล์ และมาตรฐานสากล

• นามสกุลไฟล์มาตรฐาน: ใช้ .json
• MIME Type: ใช้ application/json
• มาตรฐานการส่งข้อมูลผ่านเครือข่ายกำหนดให้ JSON ต้องเข้ารหัสแบบ UTF-8 เป็นหลัก เพื่อรองรับภาษาและอักขระทั่วโลก รวมถึงภาษาไทย และ อีโมจิ (Emoji)
• JSON ถูกรับรองมาตรฐานอย่างเป็นทางการผ่านเอกสาร ECMA-404, ISO / IEC 21778:2017 และมาตรฐานอินเทอร์เน็ต RFC 8259

สรุปได้ว่า JSON เป็นรูปแบบการจัดเก็บ และแลกเปลี่ยนข้อมูลที่เป็นข้อความธรรมดา แต่มีโครงสร้างที่เป็นระเบียบเรียบร้อย ทำหน้าที่เป็นเสมือน "พาสปอร์ตข้อมูล" ที่ช่วยให้ระบบต่างภาษา หรือต่างแพลตฟอร์ม สามารถส่งผ่าน และอ่านข้อมูลชุดเดียวกันได้อย่างถูกต้องแม่นยำ และไร้รอยต่อ

ตัวอย่างข้อความ JSON ที่ถูกต้องตามมาตรฐาน

{

 "title": "เจาะลึก JSON",
 "author": "Tech Editor",
 "isPublished": true, "views": 1500,
 "tags": ["JSON", "API", "Web Development"],
 "metadata": {
   "language": "th",
   "version": 1.0 }
}

ประเภทของ JSON (Types of JSON)

ภาพจาก : https://www.hostinger.com/tutorials/what-is-json/

โครงสร้างของ JSON สร้างขึ้นจากชนิดข้อมูลหลัก (Data Types) ที่เรียบง่าย สามารถแบ่งได้เป็น 2 โครงสร้างหลัก และ 6 ชนิดข้อมูลย่อย

โครงสร้างหลัก (Main Structures)

• Object (วัตถุ): เป็นชุดข้อมูลแบบคู่ Key-Value อยู่ในเครื่องหมายปีกกา { } Key ต้องเป็น String ที่ล้อมรอบด้วยอัญประกาศคู่ (" ") เสมอ

{
  "name": "Somchai",
  "age": 25
}

• Array (อาร์เรย์): เป็นลำดับของข้อมูล อยู่ในเครื่องหมายวงเล็บเหลี่ยม "[ ]" สามารถบรรจุข้อมูลได้หลายประเภท และใช้เครื่องหมายจุลภาค "," แยกสมาชิก

{
   "skills": ["JavaScript", "Python", "SQL"]
}

3.2 ประเภทข้อมูลย่อย (Data Types)

ข้อมูลที่สามารถเก็บใน Value ของ JSON ได้ มีดังนี้

• String: ข้อความที่อยู่ในเครื่องหมายอัญประกาศคู่ (" ")
• Number: ตัวเลข ทั้งจำนวนเต็มและทศนิยม ไม่รองรับ Hexadecimal หรือ NaN
• Boolean: ค่าความจริง ได้แก่ true หรือ false
• Object: การนำ Object ไปซ้อนไว้ข้างใน (Nested Object)
• Array: การนำ Array ไปซ้อนไว้ข้างใน
• Null: ค่าว่าง แทนด้วย null

ทั้งนี้ JSON ไม่รองรับการเก็บ ฟังก์ชัน (Functions), วันที่ (Date Object ดั้งเดิม), หรือค่า undefined

ประโยชน์ของ JSON (Benefits of JSON)

• ใช้ใน RESTful APIs และ Web Services เป็นมาตรฐานหลักสำหรับ API เพื่อส่งข้อมูลระหว่างเว็บไซต์, แอปพลิเคชัน กับเซิร์ฟเวอร์
• ใช้กับฐานข้อมูล NoSQL สมัยใหม่หลายชนิด เช่น
  • MongoDB
  • Amazon DocumentDB
  • PostgreSQL
• ใช้จัดเก็บการตั้งค่าโปรเจกต์ซอฟต์แวร์ และเครื่องมือสาย Dev จำนวนมาก (ชเช่น package.json ของ Node.js หรือไฟล์ตั้งค่าใน Visual Studio Code ต่างก็เลือกใช้ JSON เนื่องจากแก้ไขและอ่านง่าย
• ระบบข้อมูลเรียลไทม์ ช่วยให้้หมาะสำหรับจัดเก็บข้อมูลโปรไฟล์ผู้ใช้งานและข้อมูลแคตตาล็อกสินค้าในระบบ e-Commerce

JSON ทำงานอย่างไร ? (How does JSON work ?)

ภาพจาก : https://www.geeksforgeeks.org/javascript/json/

การทำงานของ JSON อาศัยกระบวนการแปลงข้อมูล 2 ขั้นตอนหลัก ได้แก่ Serialization และ Deserialization

การจัดเก็บ/แปลงเป็นข้อความ (Serialization)

เมื่อแอปพลิเคชันต้องการส่งข้อมูล เช่น วัตถุใน ภาษา JavaScript / ภาษา Python โปรแกรมจะทำการแปลงวัตถุนั้นให้กลายเป็นข้อความ JSON (JSON String) โดยใน JavaScript ใช้ฟังก์ชัน JSON.stringify()

การรับส่งข้อมูล (Data Transmission)

ข้อความ JSON ถูกส่งผ่านโปรโตคอลเครือข่าย เช่น HTTP / HTTPS ในรูปแบบไฟล์ข้อความธรรมดา

การตีความข้อมูล (Deserialization / Parsing)

เมื่อผู้รับ ฝั่ง Client หรือ Server ได้รับข้อความ JSON จะใช้ตัวแปลง (Parser) ตีความข้อความนั้นกลับมาเป็น Object ดั้งเดิมของภาษานั้น ๆ เพื่อนำไปใช้งานต่อ ซึ่งใน JavaScript ใช้ฟังก์ชัน JSON.parse()

ข้อดี-ข้อเสียของ JSON (Pros and Cons of JSON)

ข้อดี

• มีโครงสร้างไม่ซับซ้อน, โค้ดกระชับ ทำให้มีขนาดไฟล์เล็ก และประหยัดแบนด์วิธในการส่งข้อมูล
• เครื่องคอมพิวเตอร์สามารถประมวลผล (Parse) ข้อมูล JSON ได้เร็วกว่ารูปแบบที่มีโครงสร้างเทอะทะอย่าง XML
• ภาษาโปรแกรมมิ่งสมัยใหม่เกือบทั้งหมดมีไลบรารีสำหรับอ่าน และสร้าง JSON มาในตัว
• เข้ากันได้ดีกับ JavaScript โดยฝั่งการพัฒนาเว็บ หน้าบ้าน (Front-End) สามารถรับ และใช้งาน JSON ได้อย่างเป็นธรรมชาติโดยไม่จำเป็นต้องติดตั้งโปรแกรมเสริม

ข้อเสีย

• ข้อกำหนดของ JSON ไม่อนุญาตให้เขียน คอมเมนต์ (// หรือ /* */) ซึ่งทำให้การใส่คำอธิบายในไฟล์ตั้งค่าทำได้ยาก
• ไม่รองรับประเภทข้อมูล เช่น Date, Time หรือ Binary โดยตรง ทำให้ต้องแปลงเป็น String หรือใช้วิธีอื่นทดแทน
•  แม้จะมี JSON Schema ให้ใช้ แต่โครงสร้างของ JSON ค่อนข้างยืดหยุ่นกว่า XML ทำให้การตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูลระดับองค์กร (Enterprise) อาจสู้ XML ไม่ได้
• หากนำข้อความ JSON ไปประมวลผลด้วยวิธีที่ไม่ปลอดภัย เช่น การใช้ฟังก์ชัน eval() ในภาษา JavaScript ยุคเก่า อาจถูกโจมตีด้วยการแทรกโค้ดอันตรายได้

เปรียบเทียบความแตกต่าง ระหว่าง JSON, HTML และ XML (Comparison between JSON vs. HTML vs. XML)

ประวัติความเป็นมาของ JSON (History of JSON)

ต้นกำเนิด ช่วงต้นปี ค.ศ. 2000 (พ.ศ. 2543)

Douglas Crockford และ Chip Morningstar ได้คิดค้นฟอร์แมต JSON ขึ้นในปี ค.ศ. 2001 (พ.ศ. 2544) เพื่อแก้ปัญหาการรับส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ระหว่าง Server กับ Browser โดยไม่ต้องพึ่งพาปลั๊กอินอย่าง Flash หรือ Java Applets

เนื่องจากมันใช้โครงสร้างวัตถุใน JavaScript เลยถูกตั้งชื่อว่า JSON (JavaScript Object Notation)

การเปิดตัว JSON.org ค.ศ. 2001 (พ.ศ. 2544)

มีการเปิดตัวเว็บไซต์ json.org เพื่อกำหนดข้อกำหนดมาตรฐานแรก และเผยแพร่ให้ใช้งานได้อย่างเสรี

จุดเปลี่ยนสำคัญ ค.ศ. 2005 (พ.ศ. 2548)

Yahoo! ได้เริ่มให้บริการ Web Services ด้วยรูปแบบ JSON ประกอบกับการเติบโตของเทคโนโลยี AJAX ในยุคนั้น ทำให้นักพัฒนาหันมาใช้ JSON แทน XML เนื่องจากประมวลผลได้เร็วกว่ามาก

การรับรองมาตรฐานสากล:

• ค.ศ. 2013 (พ.ศ. 2556) Ecma International ตีพิมพ์มาตรฐาน ECMA-404
• ค.ศ. 2017 (พ.ศ. 2560) ได้รับการรับรองเป็นมาตรฐานสากล ISO/IEC 21778:2017 และมาตรฐานอินเทอร์เน็ต RFC 8259

บทสรุปเกี่ยวกับ JSON (Conclusion of JSON)

JSON กลายเป็นเสาหลักสำคัญของการพัฒนาซอฟต์แวร์และเว็บแอปพลิเคชันในปัจจุบัน ด้วยคุณสมบัติเด่นในเรื่องความกะทัดรัด, อ่านง่าย, ประมวลผลรวดเร็ว และความสามารถในการทำงานร่วมกับภาษาโปรแกรมต่าง ๆ ได้อย่างราบรื่น แม้ว่าจะมีข้อจำกัดบางประการ เช่น การไม่รองรับคอมเมนต์ หรือฟีเจอร์การตรวจสอบ Schema ที่ไม่เข้มงวดเท่า XML แต่ความเรียบง่าย และประสิทธิภาพสูงทำให้ JSON ยังคงเป็นตัวเลือกอันดับหนึ่งในการรับส่งข้อมูลผ่าน API และการพัฒนาแอปพลิเคชันยุคใหม่อย่างแท้จริง

ปฏิเสธไม่ได้ว่า JSON (JavaScript Object Notation) ได้กลายมาเป็นหนึ่งในโครงสร้างพื้นฐานทางเทคโนโลยีที่สำคัญที่สุดในยุคดิจิทัล จากจุดเริ่มต้นในฐานะรูปแบบรับส่งข้อมูลทางเลือกเพื่อแก้ปัญหาความเทอะทะของ XML ในยุค Web 2.0 ปัจจุบัน JSON ได้วิวัฒนาการจนก้าวขึ้นมาเป็น "มาตรฐานหลักโดยสมบูรณ์" (De Facto Standard) สำหรับการสื่อสารและแลกเปลี่ยนข้อมูลบนเครือข่ายอินเทอร์เน็ตทั่วโลก