夯實Java基礎系列22：一文讀懂Java序列化和反序列化

時間 2019-11-30

標籤夯實 java 基礎系列一文讀懂序列欄目 Java 简体版

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面試

本文參考 http://www.importnew.com/17964.html和
https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-serial/數據庫

序列化與反序列化概念

序列化 (Serialization)是將對象的狀態信息轉換爲能夠存儲或傳輸的形式的過程。通常將一個對象存儲至一個儲存媒介，例如檔案或是記億體緩衝等。在網絡傳輸過程當中，能夠是字節或是XML等格式。而字節的或XML編碼格式能夠還原徹底相等的對象。這個相反的過程又稱爲反序列化。編程

Java對象的序列化與反序列化

在Java中，咱們能夠經過多種方式來建立對象，而且只要對象沒有被回收咱們均可以複用該對象。可是，咱們建立出來的這些Java對象都是存在於JVM的堆內存中的。

只有JVM處於運行狀態的時候，這些對象纔可能存在。一旦JVM中止運行，這些對象的狀態也就隨之而丟失了。

可是在真實的應用場景中，咱們須要將這些對象持久化下來，而且可以在須要的時候把對象從新讀取出來。Java的對象序列化能夠幫助咱們實現該功能。

對象序列化機制（object serialization）是Java語言內建的一種對象持久化方式，經過對象序列化，能夠把對象的狀態保存爲字節數組，而且能夠在有須要的時候將這個字節數組經過反序列化的方式再轉換成對象。

對象序列化能夠很容易的在JVM中的活動對象和字節數組（流）之間進行轉換。

在Java中，對象的序列化與反序列化被普遍應用到RMI(遠程方法調用)及網絡傳輸中。

相關接口及類

Java爲了方便開發人員將Java對象進行序列化及反序列化提供了一套方便的API來支持。其中包括如下接口和類：

java.io.Serializable

java.io.Externalizable

ObjectOutput

ObjectInput

ObjectOutputStream

ObjectInputStream

Serializable 接口

類經過實現 java.io.Serializable 接口以啓用其序列化功能。

未實現此接口的類將沒法使其任何狀態序列化或反序列化。可序列化類的全部子類型自己都是可序列化的。序列化接口沒有方法或字段，僅用於標識可序列化的語義。 (該接口並無方法和字段，爲何只有實現了該接口的類的對象才能被序列化呢？)

當試圖對一個對象進行序列化的時候，若是遇到不支持 Serializable 接口的對象。在此狀況下，將拋出NotSerializableException。

若是要序列化的類有父類，要想同時將在父類中定義過的變量持久化下來，那麼父類也應該集成java.io.Serializable接口。

下面是一個實現了java.io.Serializable接口的類

public class 序列化和反序列化 {


    public static void main(String[] args) {

    }
    //注意，內部類不能進行序列化，由於它依賴於外部類
    @Test
    public void test() throws IOException {
        A a = new A();
        a.i = 1;
        a.s = "a";
        FileOutputStream fileOutputStream = null;
        FileInputStream fileInputStream = null;
        try {
            //將obj寫入文件
            fileOutputStream = new FileOutputStream("temp");
            ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(fileOutputStream);
            objectOutputStream.writeObject(a);
            fileOutputStream.close();
            //經過文件讀取obj
            fileInputStream = new FileInputStream("temp");
            ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(fileInputStream);
            A a2 = (A) objectInputStream.readObject();
            fileInputStream.close();
            System.out.println(a2.i);
            System.out.println(a2.s);
            //打印結果和序列化以前相同
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class A implements Serializable {

    int i;
    String s;
}

Externalizable接口

除了Serializable 以外，java中還提供了另外一個序列化接口Externalizable

爲了瞭解Externalizable接口和Serializable接口的區別，先來看代碼，咱們把上面的代碼改爲使用Externalizable的形式。

class B implements Externalizable {
    //必需要有公開無參構造函數。不然報錯
    public B() {

    }
    int i;
    String s;
    @Override
    public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {

    }

    @Override
    public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {

    }
}

@Test
    public void test2() throws IOException, ClassNotFoundException {
        B b = new B();
        b.i = 1;
        b.s = "a";
        //將obj寫入文件
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("temp");
        ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(fileOutputStream);
        objectOutputStream.writeObject(b);
        fileOutputStream.close();
        //經過文件讀取obj
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("temp");
        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(fileInputStream);
        B b2 = (B) objectInputStream.readObject();
        fileInputStream.close();
        System.out.println(b2.i);
        System.out.println(b2.s);
        //打印結果爲0和null，即初始值，沒有被賦值
        //0
        //null
    }

經過上面的實例能夠發現，對B類進行序列化及反序列化以後獲得的對象的全部屬性的值都變成了默認值。也就是說，以前的那個對象的狀態並無被持久化下來。這就是Externalizable接口和Serializable接口的區別：

Externalizable繼承了Serializable，該接口中定義了兩個抽象方法：writeExternal()與readExternal()。

當使用Externalizable接口來進行序列化與反序列化的時候須要開發人員重寫writeExternal()與readExternal()方法。因爲上面的代碼中，並無在這兩個方法中定義序列化實現細節，因此輸出的內容爲空。

還有一點值得注意：在使用Externalizable進行序列化的時候，在讀取對象時，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。因此，實現Externalizable接口的類必需要提供一個public的無參的構造器。

class C implements Externalizable {
    int i;
    int j;
    String s;
    public C() {

    }
    //實現下面兩個方法能夠選擇序列化中須要被複制的成員。
    //而且，寫入順序和讀取順序要一致，不然報錯。
    //能夠寫入多個同類型變量，順序保持一致便可。
    @Override
    public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
        out.writeInt(i);
        out.writeInt(j);
        out.writeObject(s);
    }

    @Override
    public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
        i = in.readInt();
        j = in.readInt();
        s = (String) in.readObject();
    }
}

@Test
    public void test3() throws IOException, ClassNotFoundException {
        C c = new C();
        c.i = 1;
        c.j = 2;
        c.s = "a";
        //將obj寫入文件
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("temp");
        ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(fileOutputStream);
        objectOutputStream.writeObject(c);
        fileOutputStream.close();
        //經過文件讀取obj
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("temp");
        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(fileInputStream);
        C c2 = (C) objectInputStream.readObject();
        fileInputStream.close();
        System.out.println(c2.i);
        System.out.println(c2.j);
        System.out.println(c2.s);
        //打印結果爲0和null，即初始值，沒有被賦值
        //0
        //null
    }

序列化ID

序列化 ID 問題
情境：兩個客戶端 A 和 B 試圖經過網絡傳遞對象數據，A 端將對象 C 序列化爲二進制數據再傳給 B，B 反序列化獲得 C。

問題：C 對象的全類路徑假設爲 com.inout.Test，在 A 和 B 端都有這麼一個類文件，功能代碼徹底一致。也都實現了 Serializable 接口，可是反序列化時老是提示不成功。

解決：虛擬機是否容許反序列化，不只取決於類路徑和功能代碼是否一致，一個很是重要的一點是兩個類的序列化 ID 是否一致（就是 private static final long serialVersionUID = 1L）。清單 1 中，雖然兩個類的功能代碼徹底一致，可是序列化 ID 不一樣，他們沒法相互序列化和反序列化。

package com.inout; 
 
import java.io.Serializable; 
 
public class A implements Serializable { 
 
    private static final long serialVersionUID = 1L; 
 
    private String name; 
    
    public String getName() 
    { 
        return name; 
    } 
    
    public void setName(String name) 
    { 
        this.name = name; 
    } 
} 
 
package com.inout; 
 
import java.io.Serializable; 
 
public class A implements Serializable { 
 
    private static final long serialVersionUID = 2L; 
    
    private String name; 
    
    public String getName() 
    { 
        return name; 
    } 
    
    public void setName(String name) 
    { 
        this.name = name; 
    } 
}

靜態變量不參與序列化

清單 2 中的 main 方法，將對象序列化後，修改靜態變量的數值，再將序列化對象讀取出來，而後經過讀取出來的對象得到靜態變量的數值並打印出來。依照清單 2，這個 System.out.println(t.staticVar) 語句輸出的是 10 仍是 5 呢？

public class Test implements Serializable {
 
    private static final long serialVersionUID = 1L;
 
    public static int staticVar = 5;
 
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //初始時staticVar爲5
            ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(
                    new FileOutputStream("result.obj"));
            out.writeObject(new Test());
            out.close();
 
            //序列化後修改成10
            Test.staticVar = 10;
 
            ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
                    "result.obj"));
            Test t = (Test) oin.readObject();
            oin.close();
             
            //再讀取，經過t.staticVar打印新的值
            System.out.println(t.staticVar);
             
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

最後的輸出是 10，對於沒法理解的讀者認爲，打印的 staticVar 是從讀取的對象裏得到的，應該是保存時的狀態纔對。之因此打印 10 的緣由在於序列化時，並不保存靜態變量，這其實比較容易理解，序列化保存的是對象的狀態，靜態變量屬於類的狀態，所以序列化並不保存靜態變量。

探究ArrayList的序列化

ArrayList的序列化
在介紹ArrayList序列化以前，先來考慮一個問題：

如何自定義的序列化和反序列化策略

帶着這個問題，咱們來看java.util.ArrayList的源碼

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
    private int size;
}

筆者省略了其餘成員變量，從上面的代碼中能夠知道ArrayList實現了java.io.Serializable接口，那麼咱們就能夠對它進行序列化及反序列化。

由於elementData是transient的（1.8好像改掉了這一點)，因此咱們認爲這個成員變量不會被序列化而保留下來。咱們寫一個Demo，驗證一下咱們的想法：

public class ArrayList的序列化 {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add("a");
        list.add("b");
        ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("arr"));
        objectOutputStream.writeObject(list);
        objectOutputStream.close();
        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("arr"));
        ArrayList list1 = (ArrayList) objectInputStream.readObject();
        objectInputStream.close();
        System.out.println(Arrays.toString(list.toArray()));
        //序列化成功，裏面的元素保持不變。
    }

瞭解ArrayList的人都知道，ArrayList底層是經過數組實現的。那麼數組elementData其實就是用來保存列表中的元素的。經過該屬性的聲明方式咱們知道，他是沒法經過序列化持久化下來的。那麼爲何code 4的結果卻經過序列化和反序列化把List中的元素保留下來了呢？

writeObject和readObject方法

在ArrayList中定義了來個方法： writeObject和readObject。

這裏先給出結論:

在序列化過程當中，若是被序列化的類中定義了writeObject 和 readObject 方法，虛擬機會試圖調用對象類裏的 writeObject 和 readObject 方法，進行用戶自定義的序列化和反序列化。

若是沒有這樣的方法，則默認調用是 ObjectOutputStream 的 defaultWriteObject 方法以及 ObjectInputStream 的 defaultReadObject 方法。

用戶自定義的 writeObject 和 readObject 方法能夠容許用戶控制序列化的過程，好比能夠在序列化的過程當中動態改變序列化的數值。

來看一下這兩個方法的具體實現：

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;

        // Read in size, and any hidden stuff
        s.defaultReadObject();

        // Read in capacity
        s.readInt(); // ignored

        if (size > 0) {
            // be like clone(), allocate array based upon size not capacity
            ensureCapacityInternal(size);

            Object[] a = elementData;
            // Read in all elements in the proper order.
            for (int i=0; i<size; i++) {
                a[i] = s.readObject();
            }
        }
    }
    
    
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
        throws java.io.IOException{
        // Write out element count, and any hidden stuff
        int expectedModCount = modCount;
        s.defaultWriteObject();

        // Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()
        s.writeInt(size);

        // Write out all elements in the proper order.
        for (int i=0; i<size; i++) {
            s.writeObject(elementData[i]);
        }

        if (modCount != expectedModCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

那麼爲何ArrayList要用這種方式來實現序列化呢？

why transient
ArrayList其實是動態數組，每次在放滿之後自動增加設定的長度值，若是數組自動增加長度設爲100，而實際只放了一個元素，那就會序列化99個null元素。爲了保證在序列化的時候不會將這麼多null同時進行序列化，ArrayList把元素數組設置爲transient。

why writeObject and readObject
前面說過，爲了防止一個包含大量空對象的數組被序列化，爲了優化存儲，因此，ArrayList使用transient來聲明elementData。 可是，做爲一個集合，在序列化過程當中還必須保證其中的元素能夠被持久化下來，因此，經過重寫writeObject 和 readObject方法的方式把其中的元素保留下來。

writeObject方法把elementData數組中的元素遍歷的保存到輸出流（ObjectOutputStream）中。

readObject方法從輸入流（ObjectInputStream）中讀出對象並保存賦值到elementData數組中。

如何自定義的序列化和反序列化策略

延續上一部分，剛剛咱們明白了ArrayList序列化數組元素的原理。

至此，咱們先試着來回答剛剛提出的問題：

如何自定義的序列化和反序列化策略

答：能夠經過在被序列化的類中增長writeObject 和 readObject方法。那麼問題又來了：

雖然ArrayList中寫了writeObject 和 readObject 方法，可是這兩個方法並無顯示的被調用啊。

那麼若是一個類中包含writeObject 和 readObject 方法，那麼這兩個方法是怎麼被調用的呢?

ObjectOutputStream
從code 4中，咱們能夠看出，對象的序列化過程經過ObjectOutputStream和ObjectInputputStream來實現的，那麼帶着剛剛的問題，咱們來分析一下ArrayList中的writeObject 和 readObject 方法究竟是如何被調用的呢？

爲了節省篇幅，這裏給出ObjectOutputStream的writeObject的調用棧：

writeObject ---> writeObject0 --->writeOrdinaryObject--->writeSerialData--->invokeWriteObject

這裏看一下invokeWriteObject：

void invokeWriteObject(Object obj, ObjectOutputStream out)
        throws IOException, UnsupportedOperationException
    {
        if (writeObjectMethod != null) {
            try {
                writeObjectMethod.invoke(obj, new Object[]{ out });
            } catch (InvocationTargetException ex) {
                Throwable th = ex.getTargetException();
                if (th instanceof IOException) {
                    throw (IOException) th;
                } else {
                    throwMiscException(th);
                }
            } catch (IllegalAccessException ex) {
                // should not occur, as access checks have been suppressed
                throw new InternalError(ex);
            }
        } else {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
    }

其中writeObjectMethod.invoke(obj, new Object[]{ out });是關鍵，經過反射的方式調用writeObjectMethod方法。官方是這麼解釋這個writeObjectMethod的：

class-defined writeObject method, or null if none

在咱們的例子中，這個方法就是咱們在ArrayList中定義的writeObject方法。經過反射的方式被調用了。

至此，咱們先試着來回答剛剛提出的問題：

若是一個類中包含writeObject 和 readObject 方法，那麼這兩個方法是怎麼被調用的?

答：在使用ObjectOutputStream的writeObject方法和ObjectInputStream的readObject方法時，會經過反射的方式調用。

爲何要實現Serializable

至此，咱們已經介紹完了ArrayList的序列化方式。那麼，不知道有沒有人提出這樣的疑問：

Serializable明明就是一個空的接口，它是怎麼保證只有實現了該接口的方法才能進行序列化與反序列化的呢？

Serializable接口的定義：

public interface Serializable {
}
讀者能夠嘗試把code 1中的繼承Serializable的代碼去掉，再執行code 2，會拋出java.io.NotSerializableException。

其實這個問題也很好回答，咱們再回到剛剛ObjectOutputStream的writeObject的調用棧：

writeObject ---> writeObject0 --->writeOrdinaryObject--->writeSerialData--->invokeWriteObject

writeObject0方法中有這麼一段代碼：

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());
                }
            }

在進行序列化操做時，會判斷要被序列化的類是不是Enum、Array和Serializable類型，若是不是則直接拋出NotSerializableException。

序列化知識點總結

一、若是一個類想被序列化，須要實現Serializable接口。不然將拋出NotSerializableException異常，這是由於，在序列化操做過程當中會對類型進行檢查，要求被序列化的類必須屬於Enum、Array和Serializable類型其中的任何一種。

二、經過ObjectOutputStream和ObjectInputStream對對象進行序列化及反序列化

三、虛擬機是否容許反序列化，不只取決於類路徑和功能代碼是否一致，一個很是重要的一點是兩個類的序列化 ID 是否一致（就是 private static final long serialVersionUID）

序列化 ID 在 Eclipse 下提供了兩種生成策略，一個是固定的 1L，一個是隨機生成一個不重複的 long 類型數據（其實是使用 JDK 工具生成），在這裏有一個建議，若是沒有特殊需求，就是用默認的 1L 就能夠，這樣能夠確保代碼一致時反序列化成功。那麼隨機生成的序列化 ID 有什麼做用呢，有些時候，經過改變序列化 ID 能夠用來限制某些用戶的使用。

四、序列化並不保存靜態變量。

五、要想將父類對象也序列化，就須要讓父類也實現Serializable 接口。

六、Transient 關鍵字的做用是控制變量的序列化，在變量聲明前加上該關鍵字，能夠阻止該變量被序列化到文件中，在被反序列化後，transient 變量的值被設爲初始值，如 int 型的是 0，對象型的是 null。

七、服務器端給客戶端發送序列化對象數據，對象中有一些數據是敏感的，好比密碼字符串等，但願對該密碼字段在序列化時，進行加密，而客戶端若是擁有解密的密鑰，只有在客戶端進行反序列化時，才能夠對密碼進行讀取，這樣能夠必定程度保證序列化對象的數據安全。

八、在類中增長writeObject 和 readObject 方法能夠實現自定義序列化策略

參考文章

https://blog.csdn.net/qq_34988624/article/details/86592229

https://www.meiwen.com.cn/subject/slhvhqtx.html

https://blog.csdn.net/qq_34988624/article/details/86592229

https://segmentfault.com/a/1190000012220863

https://my.oschina.net/wuxinshui/blog/1511484

https://blog.csdn.net/hukailee/article/details/81107412

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