序列化

Posted 2020-08-26 这一辈子也只有那么几个人

Java 对象只有在虚拟机运行的情况下才存在，而虚拟机关闭了以后，这个对象也随着内存回收被释放掉，这种状态称为“瞬态”。如何把这种瞬态转换为持久态就是序列化要解决的问题。除了持久化需要用到序列化以外，把一个对象在网络上进行传输也是序列化的一个重要功能。在网络上，数据以字节的形式进行传输，序列化可以把一个对象作为整体在网络上传输，在网络的另一端，对这个整体进行还原。这样就实现了以对象为单位的传输。

 

1如何实现序列化

1.1默认的序列化

Java最简单的序列化可以通过对一个类实现Serializable接口实现。Serializable接口是一个标识接口，并没有定义任何方法。JDK中一些常见的类都实现了这个接口。如果想要对对象进行序列化，这个对象的类必须实现了Serilizable接口，否则将会抛出异常。下面是一个最简单的实例，用于说明如何进行序列化以及反序列化。

（1）定义了一个类  实现了Serializable接口

 

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1. class Sout implements Serializable  
2. {  
3.     public static  int  staticInt=1000;  
4.     public int  paramA=1000;  
5.     private String  paramB="abc";  
6.   
7.   
8. }  

（2） 序列化与反序列化，序列化使用ObjectOutputStream类的writeObject方法，反序列化使用ObjectInputStream的readObject方法

 

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1. Sout sout=new Sout();  
2.         sout.paramA=2500;  
3.           
4.         //序列化  
5.         ObjectOutputStream objectOutputStream=new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("d:/a.dat"));  
6.         objectOutputStream.writeObject(sout);  
7.         objectOutputStream.close();  
8.           
9.         //反序列化  
10.         ObjectInputStream objectInputStream=new ObjectInputStream(new FileInputStream("d:/a.dat"));  
11.         Sout sout2=(Sout)  
12.         objectInputStream.readObject();  

以上两个过程就完成了最简单，也是最常见的序列化方式。这种序列化将会对目标对象的所有属性进行序列化，包括属性是另一个对象的引用的情况，也将对其进行序列化。如果这个引用的对象没有实现Serializable接口，将会抛出异常。这种序列化显然不是最佳的，如果一个目标对象包含很多引用对象，这样的序列化过程将会是十分消耗资源的，而且也是不安全的。

另外还需要注意的是，这种序列化方式只对当前类的属性进行序列化，而不会对它的父类进行序列化，下面的例子将说明这一点

（1） 定义一个Father和一个Son类，子类Son类实现了Serializable接口

 

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1. class Father  
2. {  
3.     public String name;  
4.     public int age;  
5.   
6. }  
7.   
8. class Son extends Father implements Serializable  
9. {  
10.     public String sex = "male";  
11.   
12. }  

（2） 序列化的结果是 属于Father类的属性 name为null

 

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1. public static void main(String[] args) throws Throwable, IOException  
2.     {  
3.         Son son = new Son();  
4.         son.name = "xiaoming";  
5.         son.age = 20;  
6.   
7.         // 序列化  
8.         ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(  
9.                 new FileOutputStream("d:/a.dat"));  
10.         objectOutputStream.writeObject(son);  
11.         objectOutputStream.close();  
12.   
13.         // 反序列化  
14.         ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(  
15.                 new FileInputStream("d:/a.dat"));  
16.         Son son2 = (Son) objectInputStream.readObject();  
17.   
18.         System.out.println(son2.sex);  
19.         System.out.println(son2.name);  
20.   
21.     }  

对于这种需要序列化父类的情况，它的解决办法之一是让父类实现Serializable接口。

1.2 实现writeObject和readObject方法

这是1.1的升级版，对于1.1中介绍的默认方法来说，它是不可控制的，完全由JDK封装的方法对类进行序列化。这种方式的缺陷不仅仅如上面提到的，而且如果类中的属性有被transient关键字修饰的时候，这种方式可以破坏这种约束。

来看下面的例子

（1）定义一个Person类，其中age字段被transient修饰，表示不可以被序列化。同时定义了writeObject和readObject方法

 

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1. class Person implements Serializable  
2. {  
3.     public transient int age;  
4.     public String name;  
5.   
6.     private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException  
7.     {  
8.         out.defaultWriteObject();  
9. //      out.writeInt(age);  
10.     }  
11.   
12.     private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException,  
13.             ClassNotFoundException  
14.     {  
15.         in.defaultReadObject();  
16. //      age = in.readInt();  
17.     }  
18.   
19. }  

（2） 序列化的结果

如果去掉上面的注释，age字段将同样被序列化。

对于这种方式实现序列化，这其中的defaultWriteObject和defaultReadObject两个方法实际上就是1.1中的默认序列化方法。如果一个类既实现了Serializable接口，又定义了writeObject和readObject方法的话，在序列化时就调用这两个方法进行序列化。而且这两个方法可以在默认的序列化方式基础上进行拓展，即可以实现transient修饰的属性的序列化，又可以对父类的属性进行序列化。

1.3 实现Externalizable接口

这种方式与第二种方式很类似，只不过它实现的Externalizable接口，而且需要实现writeExternal和readExternal这两个方法。这是一种更加随意的序列化的方式，想要序列化那些属性，完成由自己决定。这种方式需要注意一点是，序列化的类需要提供一个空的构造方法。

示例：

 

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1. class Person implements Externalizable  
2. {  
3.     public Person()  
4.   
5.     {  
6.   
7.     }  
8.   
9.     public transient int age;  
10.     public String name;  
11.   
12.     @Override  
13.     public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException  
14.     {  
15.         out.writeInt(age);  
16.         out.writeUTF(name);  
17.   
18.     }  
19.   
20.     @Override  
21.     public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException,  
22.             ClassNotFoundException  
23.     {  
24.         age = in.readInt();  
25.         name = in.readUTF();  
26.     }  
27.   
28. }  

注意：

writeObject readObject是私有的，只能被序列化机制调用，与此不同给的是，writeExternal和readExternal是公有的方法，而且还存在允许修改对象现有的状态。

2 对单例的序列化

在对单例的类进行序列化的时候，如果按照上面的方式，那么尽管得到了一致的结果，但并不满足单例的要求。如下：

（1）对于下面的程序，虽然利用序列化产生了新的实例，但是它已经破坏了单例的特性。

 

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1. SingleLady singleLady=SingleLady.getInstance();  
2.           
3.         ByteArrayOutputStream outputStream = new ByteArrayOutputStream();  
4.         // 序列化  
5.         ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(  
6.                 outputStream);  
7.         objectOutputStream.writeObject(singleLady);  
8.         objectOutputStream.close();  
9.   
10.         outputStream.toByteArray();  
11.   
12.         // 反序列化  
13.   
14.         ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(  
15.                 new ByteArrayInputStream(outputStream.toByteArray()));  
16.   
17.         SingleLady singleLady2 = (SingleLady) objectInputStream.readObject();  
18.         System.out.println(singleLady==singleLady2);  

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1. class SingleLady implements Serializable {  
2. private static SingleLady singleLady;  
3.   
4. private SingleLady() {  
5.   
6. }  
7.   
8. public static SingleLady getInstance() {  
9.     if (singleLady == null) {  
10.         singleLady = new SingleLady();  
11.         return singleLady;  
12.     } else {  
13.         return singleLady;  
14.     }  
15. }  
16.   
17. public String getName() {  
18.     return name;  
19. }  
20.   
21. public void setName(String name) {  
22.     this.name = name;  
23. }  
24.   
25. private String name;  

（2）这就需要一种特别的方式去实现单例的序列化。需要定义另一种称为readResolve的特殊序列化方法仅需在单例类中定义这个方法。

 

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1. /** 
2.      * 单例的序列化方法 
3.      * @return 
4.      * @throws ObjectStreamException 
5.      */  
6.     private Object readResolve() throws ObjectStreamException {  
7.         return SingleLady.getInstance();  
8.     }  

3SerialVersionUID与版本管理

在定义一个类实现了Serializable接口的时候，编译器通常会给出这么一个警告，提示我们需要生成一个 serial version ID。

这个ID到底有什么用？简单的说，它相当于类的版本号，这样它就可以进行反序列化。当一个类进行反序列化的时候，首先要检验SerialVersionUID，如果在反序列化的过程中，SerialVersionUID不匹配的话，这个反序列化的过程就会失败，同时会抛出java.io.InvalidClassException异常，并打印出类的名字以及对应的SerialVersionUID。

当一个类升级的时候，它的所有较新版本都必须把serialVersionUID常量定义为与最初的版本的指纹相同。一旦这个静态成员被置于类中，那么序列化系统就可以读入这个类的不同版本。如果这个类只有方法发生了变化，那么在读入新的对象时不会产生任何问题。但是如果数据域发生了改变，这个时候可能会存在一些问题，对象流也会尽力地把这个对象转换到当前版本上：

• 对象流会将对象与当前版本进行对比，而且仅仅对比非瞬时和非静态的数据域。如果两个数据域名字相同而类型却不同的话，那么对象流不会进行转换；

• 如果对象流中的数据域在当前类中不存在，那么对象流将会忽略掉这些数据

• 如果当前版本存在对象流中不存在的数据，那么这些数据将会被设置成默认值。

• 如果使用序列化来保存对象，尤其是把一个对象保存到文件中，就需要考虑程序的演化对这个对象的影响。主要的影响就是对属性的增加与删除。

4重复引用的序列化

在实际中我们可能遇到这种情况，两个对象都持有另一个对象的引用，那么在序列化的时候，显然不应该把这个被引用的对象序列化两次。对于这种情况，Java利用了序列号的机制来解决这个问题：

• 对遇到的每一个引用都关联一个序列号；

• 每个对象 第一次遇到的时候，保存其对象到数据流中；

• 如果某个对象已经保存过，那么只写出“与之前保存过的序列号为x的对象相同”。在读对象时，整个过程反过来

• 对于流中的对象，第一次遇到它的序列号时，构建它，并使用流中数据来初始化它，然后记录这个序列号和新对象之间的关联；

• 当遇到“与之前保存过的序列号为x的对象相同”标记时，获取与这个顺序号相关联的对象引用；

通过下面的示例可以看出Java是如何实现对重复引用的序列化的

（1） 定义两个类  common和hold

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1. class Common implements Serializable  
2. {  
3.     /** 
4.      *  
5.      */  
6.     //private static final long serialVersionUID = -393917310072427835L;  
7.     private static int count=0;  
8.     private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {   
9.         System.out.println( "common write invoked  " +(count++));  
10.         out.defaultWriteObject();    
11.          
12.     }    
13.    
14.     private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {   
15.         System.out.println(" common  read invoked");  
16.         in.defaultReadObject();    
17.           
18.     }    

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1. class Hold implements Serializable  
2. {  
3.     private Common common;  
4.   
5.     public Common getCommon() {  
6.         return common;  
7.     }  
8.   
9.     public void setCommon(Common common) {  
10.         this.common = common;  
11.     }  
12.       
13.   
14. }  

（2） 序列化比较结果

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1. public static void main(String[] args) throws Throwable {  
2.         Common common=new Common();  
3.         Hold hold1=new Hold();  
4.         Hold hold2=new Hold();  
5.           
6.         hold1.setCommon(common);  
7.         hold2.setCommon(common);  
8.           
9.           
10.         ByteArrayOutputStream outputStream = new ByteArrayOutputStream();  
11.         // 序列化  
12.         ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(  
13.                 outputStream);  
14.         objectOutputStream.writeObject(hold1);  
15.         objectOutputStream.writeObject(hold2);  
16.         objectOutputStream.close();  
17.   
18.         outputStream.toByteArray();  
19.   
20.         // 反序列化  
21.   
22.         ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(  
23.                 new ByteArrayInputStream(outputStream.toByteArray()));  
24.   
25.         Hold hold3 = (Hold) objectInputStream.readObject();  
26.         Hold hold4 = (Hold) objectInputStream.readObject();  
27.           
28.         System.out.println(hold3.getCommon()==hold4.getCommon());  
29.     }  

结果显示序列化过程仅仅调用了一次 ，而且反序列化得到的结果也是指向同一个引用的。证明了上面说的Java序列化对于相同引用的机制。

5 clone

在Object类中，定义了protected的Clone方法，当需要进行clone时，这个方法必须被重写。这样很麻烦，而且某种程度上说也不太安全。序列化机制可以巧妙地从另外一个角度去解决这个问题，做法很简单。把一个对象序列化到流，然后进行反序列化。这样就产生了一个深拷贝。

 

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1. class StudentNew implements Serializable, Cloneable {  
2.     public String name;  
3.     public ClassMate classMate;  
4.   
5.     public  StudentNew clone() throws CloneNotSupportedException {  
6.         ByteArrayOutputStream outputStream = new ByteArrayOutputStream();  
7.         try {  
8.             // 序列化  
9.             ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(  
10.                     outputStream);  
11.             objectOutputStream.writeObject(this);  
12.             objectOutputStream.close();  
13.   
14.             outputStream.toByteArray();  
15.   
16.             // 反序列化  
17.   
18.             ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(  
19.                     new ByteArrayInputStream(outputStream.toByteArray()));  
20.   
21.             StudentNew cloneStudent = (StudentNew) objectInputStream.readObject();  
22.             return cloneStudent;  
23.         } catch (Exception e) {  
24.             return null;  
25.         }  
26.   
27.     }  
28. }