深入理解JAVA序列化

一、Java 序列化

Java 提供了一种对象序列化的机制，该机制中，一个对象可以被表示为一个字节序列，该字节序列包括该对象的数据、有关对象的类型的信息和存储在对象中数据的类型。

将序列化对象写入文件之后，可以从文件中读取出来，并且对它进行反序列化，也就是说，对象的类型信息、对象的数据，还有对象中的数据类型可以用来在内存中新建对象。

整个过程都是 Java 虚拟机（JVM）独立的，也就是说，在一个平台上序列化的对象可以在另一个完全不同的平台上反序列化该对象。

类 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream 是高层次的数据流，它们包含反序列化和序列化对象的方法。

序列化和反序列化的概念

　　把对象转换为字节序列的过程称为对象的序列化。
　　把字节序列恢复为对象的过程称为对象的反序列化。
　　对象的序列化主要有两种用途：
　　1） 把对象的字节序列永久地保存到硬盘上，通常存放在一个文件中；
　　2） 在网络上传送对象的字节序列。

1、示例：

请注意，一个类的对象要想序列化成功，必须满足两个条件：

该类必须实现 java.io.Serializable 对象。

该类的所有属性必须是可序列化的。如果有一个属性不是可序列化的，则该属性必须注明是短暂的。

如果你想知道一个 Java 标准类是否是可序列化的，请查看该类的文档。检验一个类的实例是否能序列化十分简单， 只需要查看该类有没有实现 java.io.Serializable接口。

序列化对象

ObjectOutputStream 类用来序列化一个对象，如下的 SerializeDemo 例子实例化了一个 Employee 对象，并将该对象序列化到一个文件中。

该程序执行后，就创建了一个名为 employee.ser 文件。该程序没有任何输出，但是你可以通过代码研读来理解程序的作用。

注意： 当序列化一个对象到文件时， 按照 Java 的标准约定是给文件一个 .ser 扩展名。

import java.io.*;
 
public class SerializeDemo
{
   public static void main(String [] args)
   {
      Employee e = new Employee();
      e.name = "Reyan Ali";
      e.address = "Phokka Kuan, Ambehta Peer";
      e.SSN = 11122333;
      e.number = 101;
      try
      {
         FileOutputStream fileOut =
         new FileOutputStream("/tmp/employee.ser");
         ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(fileOut);
         out.writeObject(e);
         out.close();
         fileOut.close();
         System.out.printf("Serialized data is saved in /tmp/employee.ser");
      }catch(IOException i)
      {
          i.printStackTrace();
      }
   }
}

反序列化对象

下面的 DeserializeDemo 程序实例了反序列化，/tmp/employee.ser 存储了 Employee 对象。

import java.io.*;
 
public class DeserializeDemo
{
   public static void main(String [] args)
   {
      Employee e = null;
      try
      {
         FileInputStream fileIn = new FileInputStream("/tmp/employee.ser");
         ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(fileIn);
         e = (Employee) in.readObject();
         in.close();
         fileIn.close();
      }catch(IOException i)
      {
         i.printStackTrace();
         return;
      }catch(ClassNotFoundException c)
      {
         System.out.println("Employee class not found");
         c.printStackTrace();
         return;
      }
      System.out.println("Deserialized Employee...");
      System.out.println("Name: " + e.name);
      System.out.println("Address: " + e.address);
      System.out.println("SSN: " + e.SSN);
      System.out.println("Number: " + e.number);
    }
}

以上程序编译运行结果如下所示：

Deserialized Employee...
Name: Reyan Ali
Address:Phokka Kuan, Ambehta Peer
SSN: 0
Number:101

这里要注意以下要点：

readObject() 方法中的 try/catch代码块尝试捕获 ClassNotFoundException 异常。对于 JVM 可以反序列化对象，它必须是能够找到字节码的类。如果JVM在反序列化对象的过程中找不到该类，则抛出一个 ClassNotFoundException 异常。

注意，readObject() 方法的返回值被转化成 Employee 引用。

当对象被序列化时，属性 SSN 的值为 111222333，但是因为该属性是短暂的，该值没有被发送到输出流。所以反序列化后 Employee 对象的 SSN 属性为 0。

2、相关注意事项

①序列化时，只对对象的状态进行保存，而不管对象的方法；

②当一个父类实现序列化，子类自动实现序列化，不需要显式实现Serializable接口；

③当一个对象的实例变量引用其他对象，序列化该对象时也把引用对象进行序列化；

④使用Java对象序列化，在保存对象时，会把其状态保存为一组字节，在未来，再将这些字节组装成对象。必须注意地是，对象序列化保存的是对象的"状态"，即它的成员变量。由此可知，对象序列化不会关注类中的静态变量。

3、对象序列化场景

Java平台允许我们在内存中创建可复用的Java对象，但一般情况下，只有当JVM处于运行时，这些对象才可能存在，即，这些对象的生命周期不会比JVM的生命周期更长。但在现实应用中，就可能要求在JVM停止运行之后能够保存(持久化)指定的对象，并在将来重新读取被保存的对象。Java对象序列化就能够帮助我们实现该功能。

除了在持久化对象时会用到对象序列化之外，当使用RMI(远程方法调用)，或在网络中传递对象时，都会用到对象序列化。

在不同jvm之间进行类实例间的共享，从一个jvm中调用另一个jvm的对象时,你就可以考虑使用序列化。在ORMaping中的缓存机制,进行缓存同步时,便是常见的java序列化的应用之一。

4. 默认序列化机制   

如果仅仅只是让某个类实现Serializable接口，而没有其它任何处理的话，则就是使用默认序列化机制。使用默认机制，在序列化对象时，不仅会序列化当前对象本身，还会对该对象引用的其它对象也进行序列化，同样地，这些其它对象引用的另外对象也将被序列化，以此类推。所以，如果一个对象包含的成员变量是容器类对象，而这些容器所含有的元素也是容器类对象，那么这个序列化的过程就会较复杂，开销也较大。

5、Transient关键字

Transient 关键字的作用是控制变量的序列化，在变量声明前加上该关键字，可以阻止该变量被序列化到文件中，在被反序列化后，transient 变量的值被设为初始值，如 int 型的是 0，对象型的是 null。

当某个字段被声明为transient后，默认序列化机制就会忽略该字段。此处将Person类中的age字段声明为transient，如下所示：

public class Person implements Serializable {
    ...
    transient private Integer age = null;
    ...
}

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(); // 没有强制转换到Person类型
        oin.close();
        System.out.println(newPerson);
    }
}

执行SimpleSerial应用程序，会有如下输出：

arg constructor
[John, null, MALE]

可见，age字段未被序列化。

6、writeObject()方法与readObject()方法 

对于上述已被声明为transitive的字段age，除了将transitive关键字去掉之外，是否还有其它方法能使它再次可被序列化？方法之一就是在Person类中添加两个方法：writeObject()与readObject()，如下所示： 

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()方法中会先调用ObjectOutputStream中的defaultWriteObject()方法，该方法会执行默认的序列化机制，如5.1节所述，此时会忽略掉age字段。然后再调用writeInt()方法显示地将age字段写入到ObjectOutputStream中。readObject()的作用则是针对对象的读取，其原理与writeObject()方法相同。
再次执行SimpleSerial应用程序，则又会有如下输出：

arg constructor
[John, 31, MALE]

必须注意地是，writeObject()与readObject()都是private方法，那么它们是如何被调用的呢？毫无疑问，是使用反射。详情可见ObjectOutputStream中的writeSerialData方法，以及ObjectInputStream中的readSerialData方法。

7、Externalizable接口

无论是使用transient关键字，还是使用writeObject()和readObject()方法，其实都是基于Serializable接口的序列化。JDK中提供了另一个序列化接口--Externalizable，使用该接口之后，之前基于Serializable接口的序列化机制就将失效。此时将Person类修改成如下：

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 {

    }
    ...
}

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