深刻理解Java對象序列化
1. 什麼是Java對象序列化java
Java平臺容許咱們在內存中建立可複用的Java對象，但通常狀況下，只有當JVM處於運行時，這些對象纔可能存在，即，這些對象的生命週期不會比JVM的生命週期更長。但在現實應用中，就可能要求在JVM中止運行以後可以保存(持久化)指定的對象，並在未來從新讀取被保存的對象。Java對象序列化就可以幫助咱們實現該功能。程序員
使用Java對象序列化，在保存對象時，會把其狀態保存爲一組字節，在將來，再將這些字節組裝成對象。必須注意地是，對象序列化保存的是對象的"狀態"，即它的成員變量。由此可知，對象序列化不會關注類中的靜態變量。數組
除了在持久化對象時會用到對象序列化以外，當使用RMI(遠程方法調用)，或在網絡中傳遞對象時，都會用到對象序列化。Java序列化API爲處理對象序列化提供了一個標準機制，該API簡單易用，在本文的後續章節中將會陸續講到。網絡
2. 簡單示例ide
在Java中，只要一個類實現了java.io.Serializable接口，那麼它就能夠被序列化。此處將建立一個可序列化的類Person，本文中的全部示例將圍繞着該類或其修改版。this
Gender類，是一個枚舉類型，表示性別spa
public enum Gender
{
MALE, FEMALE
}
若是熟悉Java枚舉類型的話，應該知道每一個枚舉類型都會默認繼承類java.lang.Enum，而該類實現了Serializable接口，因此枚舉類型對象都是默承認以被序列化的。debug
Person類，實現了Serializable接口，它包含三個字段：name，String類型；age，Integer類型；gender，Gender類型。另外，還重寫該類的toString()方法，以方便打印Person實例中的內容。code
public class Person implements Serializable {
private String name = null;
private Integer age = null;
private Gender gender = null;
public Person()
{
System.out.println("none-arg constructor");
}
public Person(String name, Integer age, Gender gender)
{
System.out.println("arg constructor");
this.name = name;
this.age = age;
this.gender = gender;
}
public String getName()
{
return name;
}
public void setName(String name)
{
this.name = name;
}
public Integer getAge()
{
return age;
}
public void setAge(Integer age)
{
this.age = age;
}
public Gender getGender()
{
return gender;
}
public void setGender(Gender gender)
{
this.gender = gender;
}
@Override
public String toString()
{
return "[" + name + ", " + age + ", " + gender + "]";
}
}
SimpleSerial，是一個簡單的序列化程序，它先將一個Person對象保存到文件person.out中，而後再從該文件中讀出被存儲的Person對象，並打印該對象。orm
public class SimpleSerial
{
public static void main(String[] args) throws Exception
{
File file = new File("person.out");
ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
Person person = new Person("John", 101, Gender.MALE);
oout.writeObject(person);
oout.close();
ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
Object newPerson = oin.readObject(); // 沒有強制轉換到Person類型
oin.close();
System.out.println(newPerson);
}
}
上述程序的輸出的結果爲：
arg constructor [John, 31, MALE]
此時必須注意的是，當從新讀取被保存的Person對象時，並無調用Person的任何構造器，看起來就像是直接使用字節將Person對象還原出來的。
當Person對象被保存到person.out文件中以後，咱們能夠在其它地方去讀取該文件以還原對象，但必須確保該讀取程序的CLASSPATH中包含有Person.class(哪怕在讀取Person對象時並無顯示地使用Person類，如上例所示)，不然會拋出ClassNotFoundException。
3. Serializable的做用
爲何一個類實現了Serializable接口，它就能夠被序列化呢？在上節的示例中，使用ObjectOutputStream來持久化對象，在該類中有以下代碼：
private void writeObject0(Object obj, boolean unshared) throws IOException
{ ...
if (obj instanceof String)
{
writeString((String) obj, unshared);
} else if (cl.isArray()) {
writeArray(obj, desc, unshared);
} else if (obj instanceof Enum) {
writeEnum((Enum) obj, desc, unshared);
} else if (obj instanceof Serializable) {
writeOrdinaryObject(obj, desc, unshared);
} else {
if (extendedDebugInfo) {
throw new NotSerializableException(cl.getName() + "\n"
+ debugInfoStack.toString());
} else {
throw new NotSerializableException(cl.getName());
}
}
... }
從上述代碼可知，若是被寫對象的類型是String，或數組，或Enum，或Serializable，那麼就能夠對該對象進行序列化，不然將拋出NotSerializableException。
4. 默認序列化機制
若是僅僅只是讓某個類實現Serializable接口，而沒有其它任何處理的話，則就是使用默認序列化機制。使用默認機制，在序列化對象時，不只會序列化當前對象自己，還會對該對象引用的其它對象也進行序列化，一樣地，這些其它對象引用的另外對象也將被序列化，以此類推。因此，若是一個對象包含的成員變量是容器類對象，而這些容器所含有的元素也是容器類對象，那麼這個序列化的過程就會較複雜，開銷也較大。
5. 影響序列化
在現實應用中，有些時候不能使用默認序列化機制。好比，但願在序列化過程當中忽略掉敏感數據，或者簡化序列化過程。下面將介紹若干影響序列化的方法。
5.1 transient關鍵字
當某個字段被聲明爲transient後，默認序列化機制就會忽略該字段。此處將Person類中的age字段聲明爲transient，以下所示，
public class Person implements Serializable
{
...
transient private Integer age = null;
...
}
再執行SimpleSerial應用程序，會有以下輸出：
arg constructor [John, null, MALE]
可見，age字段未被序列化。
5.2 writeObject()方法與readObject()方法
對於上述已被聲明爲transient的字段age，除了將transient關鍵字去掉以外，是否還有其它方法能使它再次可被序列化？方法之一就是在Person類中添加兩個方法：writeObject()與readObject()，以下所示：
public class Person implements Serializable
{ ...
transient private Integer age = null;
...
private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException
{
out.defaultWriteObject();
out.writeInt(age);
}
private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException
{
in.defaultReadObject();
age = in.readInt();
}
}
在writeObject()方法中會先調用ObjectOutputStream中的defaultWriteObject()方法，該方法會執行默認的序列化機制，如5.1節所述，此時會忽略掉age字段。而後再調用writeInt()方法顯示地將age字段寫入到ObjectOutputStream中。readObject()的做用則是針對對象的讀取，其原理與writeObject()方法相同。再次執行SimpleSerial應用程序，則又會有以下輸出：
arg constructor [John, 31, MALE]
必須注意地是，writeObject()與readObject()都是private方法，那麼它們是如何被調用的呢？毫無疑問，是使用反射。詳情能夠看看ObjectOutputStream中的writeSerialData方法，以及ObjectInputStream中的readSerialData方法。
5.3 Externalizable接口
不管是使用transient關鍵字，仍是使用writeObject()和readObject()方法，其實都是基於Serializable接口的序列化。JDK中提供了另外一個序列化接口--Externalizable，使用該接口以後，以前基於Serializable接口的序列化機制就將失效。此時將Person類做以下修改，
public class Person implements Externalizable
{ private String name = null;
transient private Integer age = null;
private Gender gender = null;
public Person()
{
System.out.println("none-arg constructor");
}
public Person(String name, Integer age, Gender gender)
{
System.out.println("arg constructor");
this.name = name;
this.age = age;
this.gender = gender;
}
private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException
{
out.defaultWriteObject();
out.writeInt(age);
}
private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException
{
in.defaultReadObject();
age = in.readInt();
}
@Override
public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException
{
}
@Override
public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException
{
}
...
}
此時再執行SimpleSerial程序以後會獲得以下結果：
arg constructor none-arg constructor [null, null, null]
從該結果，一方面，能夠看出Person對象中任何一個字段都沒有被序列化。另外一方面，若是細心的話，還能夠發現這這次序列化過程調用了Person類的無參構造器。
Externalizable繼承於Serializable，當使用該接口時，序列化的細節須要由程序員去完成。如上所示的代碼，因爲writeExternal()與readExternal()方法未做任何處理，那麼該序列化行爲將不會保存/讀取任何一個字段。這也就是爲何輸出結果中全部字段的值均爲空。
另外，使用Externalizable進行序列化時，當讀取對象時，會調用被序列化類的無參構造器去建立一個新的對象，而後再將被保存對象的字段的值分別填充到新對象中。這就是爲何在這次序列化過程當中Person類的無參構造器會被調用。因爲這個緣由，實現Externalizable接口的類必需要提供一個無參的構造器，且它的訪問權限爲public。
對上述Person類進行進一步的修改，使其可以對name與age字段進行序列化，但忽略掉gender字段，以下代碼所示：
public class Person implements Externalizable
{
private String name = null;
transient private Integer age = null;
private Gender gender = null;
public Person()
{
System.out.println("none-arg constructor");
}
public Person(String name, Integer age, Gender gender)
{
System.out.println("arg constructor");
this.name = name;
this.age = age;
this.gender = gender;
}
private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException
{
out.defaultWriteObject();
out.writeInt(age);
}
private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
in.defaultReadObject();
age = in.readInt();
}
@Override
public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException
{
out.writeObject(name);
out.writeInt(age);
}
@Override
public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException
{
name = (String) in.readObject();
age = in.readInt();
}
...
}
執行SimpleSerial以後會有以下結果：
arg constructor none-arg constructor [John, 31, null]
5.4 readResolve()方法
當咱們使用Singleton模式時，應該是指望某個類的實例應該是惟一的，但若是該類是可序列化的，那麼狀況可能略有不一樣。此時對第2節使用的Person類進行修改，使其實現Singleton模式，以下所示：
public class Person implements Serializable
{
private static class InstanceHolder
{
private static final Person instatnce = new Person("John", 31, Gender.MALE);
}
public static Person getInstance()
{
return InstanceHolder.instatnce;
}
private String name = null;
private Integer age = null;
private Gender gender = null;
private Person()
{
System.out.println("none-arg constructor");
}
private Person(String name, Integer age, Gender gender)
{
System.out.println("arg constructor");
this.name = name;
this.age = age;
this.gender = gender;
}
...
}
同時要修改SimpleSerial應用，使得可以保存/獲取上述單例對象，並進行對象相等性比較，以下代碼所示：
public class SimpleSerial
{
public static void main(String[] args) throws Exception
{
File file = new File("person.out");
ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file)); oout.writeObject(Person.getInstance()); // 保存單例對象
oout.close();
ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file)); Object newPerson = oin.readObject();
oin.close();
System.out.println(newPerson);
System.out.println(Person.getInstance() == newPerson); // 將獲取的對象與Person類中的單例對象進行相等性比較
}
}
執行上述應用程序後會獲得以下結果：
arg constructor [John, 31, MALE] false
值得注意的是，從文件person.out中獲取的Person對象與Person類中的單例對象並不相等。爲了能在序列化過程仍能保持單例的特性，能夠在Person類中添加一個readResolve()方法，在該方法中直接返回Person的單例對象，以下所示：
public class Person implements Serializable
{
private static class InstanceHolder
{
private static final Person instatnce = new Person("John", 31, Gender.MALE);
}
public static Person getInstance()
{
return InstanceHolder.instatnce;
}
private String name = null;
private Integer age = null;
private Gender gender = null;
private Person()
{
System.out.println("none-arg constructor");
}
private Person(String name, Integer age, Gender gender)
{
System.out.println("arg constructor");
this.name = name;
this.age = age;
this.gender = gender;
}
private Object readResolve() throws ObjectStreamException
{
return InstanceHolder.instatnce;
}
...
}
再次執行本節的SimpleSerial應用後將以下輸出：
arg constructor [John, 31, MALE] true
不管是實現Serializable接口，或是Externalizable接口，當從I/O流中讀取對象時，readResolve()方法都會被調用到。實際上就是用readResolve()中返回的對象直接替換在反序列化過程當中建立的對象。
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