Java序列化

作者: tf2jaguar | 来源:发表于2020-10-09 13:52 被阅读0次

含义、意义使用场景

序列化：将对象写入到IO流中

反序列化：从IO流中恢复对象

意义：序列化机制允许将实现序列化的Java对象转换位字节序列，这些字节序列可以保存在磁盘上，或通过网络传输，以达到以后恢复成原来的对象。序列化机制使得对象可以脱离程序的运行而独立存在。

使用场景：所有可在网络上传输的对象都必须是可序列化的，比如RMI（remote method invoke,即远程方法调用），传入的参数或返回的对象都是可序列化的，否则会出错；所有需要保存到磁盘的java对象都必须是可序列化的。通常建议：程序创建的每个JavaBean类都实现Serializeable接口。

序列化的实现方式

如果需要将某个对象保存到磁盘上或者通过网络传输，那么这个类应该实现Serializable接口或者Externalizable接口之一。

Serializable

普通序列化

Serializable接口是一个标记接口，不用实现任何方法。一旦实现了此接口，该类的对象就是可序列化的。

创建对象类

public class Person implements Serializable {
    private String name;
    private int age;   
    
    //我不提供无参构造器    

    public Person(String name, int age) {
        System.out.println("调用有参构造方法");
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" + "name='" + name + '\'' + ",    age=" + age + '}';
    }
}

序列化步骤

步骤一：创建一个ObjectOutputStream输出流；

步骤二：调用ObjectOutputStream对象的writeObject输出可序列化对象

public class WriteObject {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //创建一个ObjectOutputStream输出流 
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("object.txt")); 
            //将对象序列化到文件s
            Person person = new Person("9龙", 23);
            oos.writeObject(person);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
// 输出结果：
调用有参构造方法

反序列化步骤

步骤一：创建一个ObjectInputStream输入流；

步骤二：调用ObjectInputStream对象的readObject()得到序列化的对象。

我们将上面序列化到person.txt的person对象反序列化回来

public class WriteObject {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //创建一个ObjectOutputStream输出流 
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("person.txt"));
            Person brady = (Person) ois.readObject();
            System.out.println(brady);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
//输出结果：
Person{name='9龙', age=23}

输出告诉我们，反序列化并不会调用构造方法。反序列的对象是由JVM自己生成的对象，不通过构造方法生成。

成员为引用的序列化

如果一个可序列化的类的成员不是基本类型，也不是String类型，那这个引用类型也必须是可序列化的；否则，会导致此类不能序列化。

看例子，我们新增一个Teacher类。将Person去掉实现Serializable接口代码

public class Person {
    // 省略。与上边代码相同
}

public class Teacher implements Serializable {
    private String leval;
    private Person person;

    public Teacher(String leval, Person person) {
        this.leval = leval;
        this.person = person;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("teacher.txt"))) {
            Person person = new Person("路飞", 20);
            Teacher teacher = new Teacher("雷利", person);
            oos.writeObject(teacher);
        }
    }
}

控制台输出：

调用有参构造方法
Exception in thread "main" java.io.NotSerializableException: com.jelly.java.serialize.Person
    at java.io.ObjectOutputStream.writeObject0(ObjectOutputStream.java:1184)
    at java.io.ObjectOutputStream.defaultWriteFields(ObjectOutputStream.java:1548)
    at java.io.ObjectOutputStream.writeSerialData(ObjectOutputStream.java:1509)
    at java.io.ObjectOutputStream.writeOrdinaryObject(ObjectOutputStream.java:1432)
    at java.io.ObjectOutputStream.writeObject0(ObjectOutputStream.java:1178)
    at java.io.ObjectOutputStream.writeObject(ObjectOutputStream.java:348)
    at com.jelly.java.serialize.Teacher.main(Teacher.java:20)

因为Person类的对象是不可序列化的，这导致了Teacher的对象不可序列化

对同一个对象序列化多次

  public static void writeMutObject() {
        try {
            //创建一个ObjectOutputStream输出流
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("object.txt"));
            //将对象序列化到文件s
            Person p1 = new Person("1龙", 23);
            Person p2 = new Person("9龙", 30);

            oos.writeObject(p1);
            oos.writeObject(p2);
            oos.writeObject(p2);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void readMutObject() {
        try {
            //创建一个ObjectOutputStream输出流
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("object.txt"));
            Person p1 = (Person) ois.readObject();
            Person p2 = (Person) ois.readObject();
            Person p3 = (Person) ois.readObject();
            System.out.println(p1);
            System.out.println(p2);
            System.out.println(p3);
            System.out.println("p1==p2? :" + p1.equals(p2));
            System.out.println("p2==p3? :" + p2.equals(p3));
            System.out.println("p1==p3? :" + p1.equals(p3));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
//        writeMutObject();
        readMutObject();
    }

输出

Person{name='1龙',    age=23}
Person{name='9龙',    age=30}
Person{name='9龙',    age=30}
p1==p2? :false
p2==p3? :true
p1==p3? :false

从输出结果可以看出，Java序列化同一对象，并不会将此对象序列化多次得到多个对象。

序列化算法

所有保存到磁盘的对象都有一个序列化编码号
当程序试图序列化一个对象时，会先检查此对象是否已经序列化过，只有此对象从未（在此虚拟机）被序列化过，才会将此对象序列化为字节序列。
如果此对象已经序列化过，则直接存储对应的编号即可。

序列化算法潜在问题

由于java序利化算法不会重复序列化同一个对象，只会记录已序列化对象的编号。如果序列化一个可变对象（对象内的内容可更改）后，更改了对象内容，再次序列化，并不会再次将此对象转换为字节序列，而只是保存序列化编号，那么就会造成数据丢失。

public static void execp() {
    try {
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("person.txt"));
        //将对象序列化到文件s
        Person p1 = new Person("1龙", 23);
        oos.writeObject(p1);
        p1.setName("9龙");
        oos.writeObject(p1);
        oos.close();
        oos.flush();
          创建一个ObjectOutputStream输出流
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("person.txt"));
        Person pp1 = (Person) ois.readObject();
        Person pp2 = (Person) ois.readObject();
        System.out.println(pp1);
        System.out.println(pp2);
    } catch (Exception e) {
        System.out.println("exception " + e);
    }
}

public static void main(String[] args) {
    execp();
}

// 输出：
调用有参构造方法
Person{name='1龙',    age=23}
Person{name='1龙',    age=23}

定制序列化方式

序列化时忽略字段 (transient)

有些时候，我们有这样的需求，某些属性不需要序列化。使用transient关键字选择不需要序列化的字段。

使用transient修饰的属性，java序列化时，会忽略掉此字段，所以反序列化出的对象，被transient修饰的属性是默认值。对于引用类型，值是null；基本类型，值是0；boolean类型，值是false。

自定义序列化方法

使用transient虽然简单，但将此属性完全隔离在了序列化之外。java提供了可选的。可以进行控制序列化的方式，或者对序列化数据进行编码加密等。

private void writeObject (java.io.ObjectOutputStream out)    throws IOException；
private void readObject (java.io.ObjectIutputStream in)    throws IOException, ClassNotFoundException;
private void readObjectNoData ()    throws ObjectStreamException;

通过重写writeObject与readObject方法，可以自己选择哪些属性需要序列化，哪些属性不需要。如果writeObject使用某种规则序列化，则相应的readObject需要相反的规则反序列化，以便能正确反序列化出对象。

这里展示对名字进行反转加密。

public class Person implements Serializable {
    private String name;
    private int age;

    //将名字反转写入二进制流
    private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {            
        out.writeObject(new StringBuffer(this.name).reverse());
        out.writeInt(age);
    }

    //将读出的字符串反转恢复回来      
    private void readObject(ObjectInputStream ins) throws IOException, ClassNotFoundException {       
        this.name = ((StringBuffer) ins.readObject()).reverse().toString();
        this.age = ins.readInt();
    }
}

当序列化流不完整时，readObjectNoData()方法可以用来正确地初始化反序列化的对象。例如，使用不同类接收反序列化对象，或者序列化流被篡改时，系统都会调用readObjectNoData()方法来初始化反序列化的对象。

Externalizable

通过实现Externalizable接口，必须实现writeExternal、readExternal方法。

public interface Externalizable extends java.io.Serializable {
    void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException;

    void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException;
}

public class ExPerson implements Externalizable {
    private String name;
    private int age;    
    
    //注意，必须加上pulic 无参构造器
    public ExPerson() {
    }

    public ExPerson(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    //将name反转后写入二进制流       
    @Override
    public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
        StringBuffer reverse = new StringBuffer(name).reverse();
        System.out.println(reverse.toString());
        out.writeObject(reverse);
        out.writeInt(age);
    }

    //将读取的字符串反转后赋值给name实例变量       
    @Override
    public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
        this.name = ((StringBuffer) in.readObject()).reverse().toString();
        System.out.println(name);
        this.age = in.readInt();
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("ExPerson.txt")); ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("ExPerson.txt"))) {
            oos.writeObject(new ExPerson("brady", 23));
            ExPerson ep = (ExPerson) ois.readObject();
            System.out.println(ep);
        }
    }
}
//输出结果
ydarb 
brady
ExPerson{name='brady', age=23}

注意：Externalizable接口不同于Serializable接口，实现此接口必须实现接口中的两个方法实现自定义序列化，这是强制性的；特别之处是必须提供pulic的无参构造器，因为在反序列化的时候需要反射创建对象。

二者对比

实现Serializable接口	实现Externalizable接口
系统自动存储必要的信息	程序员决定存储哪些信息
Java内建支持，易于实现，只需要实现该接口即可，无需任何代码支持	必须实现接口内的两个方法
性能略差	性能略好

序列化版本号serialVersionUID

我们知道，反序列化必须拥有class文件，但随着项目的升级，class文件也会升级，序列化怎么保证升级前后的兼容性呢？
java序列化提供了一个

private static final long serialVersionUID  = -81298930239;

的序列化版本号，只有版本号相同，即使更改了序列化属性，对象也可以正确被反序列化回来。

如果反序列化使用的class的版本号与序列化时使用的不一致，反序列化会报InvalidClassException异常。

序列化版本号指定

可以自由指定，如果不指定JVM会根据类信息自己计算一个版本号，这样随着class的升级，就无法正确反序列化；不指定版本号另一个明显隐患是，不利于jvm间的移植，可能class文件没有更改，但不同jvm可能计算的规则不一样，这样也会导致无法反序列化。

什么情况下需要修改serialVersionUID呢？

分三种情况。

如果只是修改了方法，反序列化不影响，则无需修改版本号；
如果只是修改了静态变量，瞬态变量（transient修饰的变量），反序列化不受影响，无需修改版本号；
如果修改了非瞬态变量，则可能导致反序列化失败。如果新类中实例变量的类型与序列化时类的类型不一致，则会反序列化失败，这时候需要更改serialVersionUID。如果只是新增了实例变量，则反序列化回来新增的是默认值；如果减少了实例变量，反序列化时会忽略掉减少的实例变量。

总结

所有需要网络传输的对象都需要实现序列化接口，通过建议所有的javaBean都实现Serializable接口。
对象的类名、实例变量（包括基本类型，数组，对其他对象的引用）都会被序列化；方法、类变量、transient实例变量都不会被序列化。
如果想让某个变量不被序列化，使用transient修饰。
序列化对象的引用类型成员变量，也必须是可序列化的，否则，会报错。
反序列化时必须有序列化对象的class文件。
当通过文件、网络来读取序列化后的对象时，必须按照实际写入的顺序读取。
单例类序列化，需要重写readResolve()方法；否则会破坏单例原则。
同一对象序列化多次，只有第一次序列化为二进制流，以后都只是保存序列化编号，不会重复序列化。
建议所有可序列化的类加上serialVersionUID 版本号，方便项目升级。