谁能在同一文件序列化多个对象并随机读写(反序列化)？BinaryFormatter、SoapFormatter、XmlSerializer还是BinaryReader
随机反序列化器
最近在做一个小型的文件数据库SharpFileDB，遇到这样一个问题：我需要找一个能够在同一文件中序列化多个对象，并且能随机进行反序列化的工具。随机反序列化的意思是，假设我在文件里依次序列化存储了a、b、c三种不同类型的对象，那么我可以通过Stream.Seek(,);或者Stream.Position来仅仅反序列化b。当然，这可能需要一些其它的数据结构辅助我找到Stream.Seek(,);或者Stream.Position所需的参数。
我找到了BinaryFormatter、SoapFormatter、XmlSerializer和BinaryReader这几个类型，都是.NET Framework内置的。但是它们并非都能胜任单文件数据库的序列化工具。
举个例子
假设我有如下两个类型，本文将一直使用这两个类型作为数据结构。
[Serializable]
public class Cat
{
public override string ToString()
{
return string.Format("{0}: {1}", this.Id, this.Name);
} public string Name { get; set; } public int Id { get; set; }
} [Serializable]
public class Fish
{
public override string ToString()
{
return string.Format("{0}: {1}", this.Id, this.Weight);
} public float Weight { get; set; } public int Id { get; set; }
}
顺序读写
如果是按顺序进行反序列化，应该是这样的：
SomeFormatter formatter = new SomeFormatter();//某种序列化器
Cat cat = new Cat() { Id = , Name = "汤姆" };
Cat cat2 = new Cat() { Id = , Name = "汤姆媳妇" };
Fish fish = new Fish() { Id = , Weight = 1.5f };
using (FileStream fs = new FileStream("singleFileDB.bin", FileMode.Create, FileAccess.ReadWrite))
{
formatter.Serialize(fs, cat);
formatter.Serialize(fs, cat2);
formatter.Serialize(fs, fish);
}
object obj = null;
using (FileStream fs = new FileStream("singleFileDB.bin", FileMode.Open, FileAccess.Read))
{
obj = formatter.Deserialize(fs);// 1: 汤姆
obj = formatter.Deserialize(fs);// 2: 汤姆媳妇
obj = formatter.Deserialize(fs);// 3: 1.5
}
随机读写
所谓随机读写，就是把上面的代码稍微改一下。
SomeFormatter formatter = new SomeFormatter ();
Cat cat = new Cat() { Id = , Name = "汤姆" };
Cat cat2 = new Cat() { Id = , Name = "汤姆媳妇" };
Fish fish = new Fish() { Id = , Weight = 1.5f };
using (FileStream fs = new FileStream("singleFileDB.bin", FileMode.Create, FileAccess.ReadWrite))
{
formatter.Serialize(fs, cat);
formatter.Serialize(fs, cat2);
formatter.Serialize(fs, fish);
}
object obj = null;
using (FileStream fs = new FileStream("singleFileDB.bin", FileMode.Open, FileAccess.Read))
{
obj = formatter.Deserialize(fs); // 1: 汤姆
long position = fs.Position;
obj = formatter.Deserialize(fs); // 2: 汤姆媳妇
fs.Position = position;//位置指针再次指向{2: 汤姆媳妇}的起始位置。（实现随机反序列化）
obj = formatter.Deserialize(fs); // 2: 汤姆媳妇
obj = formatter.Deserialize(fs);// 3: 1.5
}
在反序列化时，我们先得到一个{1: 汤姆}对象，此时文件流指针指向了下一个对象的起始位置，我们把这个位置记录下来。然后再次反序列化，得到了{2: 汤姆媳妇}。现在把文件流的位置指针重新指向刚刚记录的位置，再次反序列化，仍旧得到了{2: 汤姆媳妇}。
能够实现这样的功能的序列化器就是我想要的。
BinaryFormatter
用 System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary.BinaryFormatter ，能够完全胜任。而且他是用二进制格式序列化的，这样更保密、占用空间更少。不再多说。
SoapFormatter
System.Runtime.Serialization.Formatters.Soap.SoapFormatter 与 System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary.BinaryFormatter 是近亲，他们都实现了 IRemotingFormatter 和 IFormatter 两个接口。但是 SoapFormatter 的反序列化方式与 BinaryFormatter 不同，导致它不能胜任。
具体来说， SoapFormatter 反序列化一个对象X后，可能会让 Stream.Position 超过下一个对象的起始位置，甚至一直读到文件流的最后，无论这个对象X是在文件的开头还是中间还是末尾。而单文件数据库的文件是可能很大的，让 SoapFormatter这么一下子读到末尾，非常浪费，而且位置指针难以控制，无法用于随机反序列化。
SoapFormatterformatter = new SoapFormatter ();
Cat cat = new Cat() { Id = , Name = "汤姆" };
Cat cat2 = new Cat() { Id = , Name = "汤姆媳妇" };
Fish fish = new Fish() { Id = , Weight = 1.5f };
using (FileStream fs = new FileStream("singleFileDB.soap", FileMode.Create, FileAccess.ReadWrite))
{
formatter.Serialize(fs, cat);
formatter.Serialize(fs, cat2);
formatter.Serialize(fs, fish);
}
object obj = null;
using (FileStream fs = new FileStream("singleFileDB.soap", FileMode.Open, FileAccess.Read))
{
Console.WriteLine(fs.Position == fs.Length);// false
obj = formatter.Deserialize(fs); // 1: 汤姆
Console.WriteLine(fs.Position == fs.Length);// true
obj = formatter.Deserialize(fs); // 2: 汤姆媳妇
Console.WriteLine(fs.Position == fs.Length);// true
obj = formatter.Deserialize(fs);// 3: 1.5
Console.WriteLine(fs.Position == fs.Length);// true
}
XmlSerializer
原本我对 System.Xml.Serialization.XmlSerializer 寄予厚望，不过后来发现这家伙最难用。在创建 XmlSerializer 时必须指定能序列化的对象的类型。
XmlSerializer formatter = new XmlSerializer(typeof(Cat));
这个formatter只能序列化/反序列化 Cat 类型。需要序列化其它类型，就得创建一个对应的 XmlSerializer 。
最关键的， XmlSerializer根本不能在同一文件里保存多个对象。所以就彻底没戏了。
BinaryReader
我看到LiteDB里用的是 System.IO.BinaryReader 。它能手动控制读取任意位置的一个个字节，是进行精细化控制的能手。不过这也有不好的一面，就是凡事必须亲力亲为，代码量会增长很多，读写字节+拼凑语义信息这种程序稍不留神就会出bug，必须用大量的测试进行验证。
这方面， BinaryFormatter 就更好一点。它能自动反序列化任何对象，不需要你一个字节一个字节地去抠。你只需给对 Stream.Position 即可。而 System.IO.BinaryReader最终也是需要你给定这个位置指针的。
总结
为了随机读写单文件数据库，能用的.NET Framework内置序列化工具目前只找到了BinaryFormatter和BinaryReader两个。由于使用BinaryReader需要写的代码更多更复杂，我暂定使用BinaryFormatter。
为了更详细说明用BinaryFormatter实现单文件数据库序列化/反序列化的思想，我做了如下一个Demo。
const string strHowSingleFileDBWorks = "HowSingleFileDBWorks.db";
// 首先，创建数据库文件。
using (FileStream fs = new FileStream(strHowSingleFileDBWorks, FileMode.Create, FileAccess.Write))
{ }
// 然后，在App中创建了一些对象。
Cat cat = new Cat() { Id = , Name = "汤姆" };
Cat cat2 = new Cat() { Id = , Name = "汤姆的媳妇" };
Fish fish = new Fish() { Id = , Weight = 1.5f };
// 然后，用某种序列化方式将其写入数据库。
IFormatter formatter = new BinaryFormatter();
// 写入cat
long catLength = ;
using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
{
byte[] bytes;
formatter.Serialize(ms, cat);
ms.Position = ;
bytes = new byte[ms.Length];
catLength = ms.Length;// 在实际数据库中，catLength由文件字节管理器进行读写
ms.Read(bytes, , bytes.Length);
using (FileStream fs = new FileStream(strHowSingleFileDBWorks, FileMode.Open, FileAccess.Write))
{
fs.Position = ;// 在实际数据库中，需要指定对象要存储到的位置
fs.Write(bytes, , bytes.Length);//注意，若bytes.Length超过int.MaxValue，这里就需要特殊处理了。
}
}
// 写入cat2
long cat2Length = ;
using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
{
byte[] bytes;
formatter.Serialize(ms, cat2);
ms.Position = ;
bytes = new byte[ms.Length];
cat2Length = ms.Length;// 在实际数据库中，cat2Length由文件字节管理器进行读写
ms.Read(bytes, , bytes.Length);
using (FileStream fs = new FileStream(strHowSingleFileDBWorks, FileMode.Open, FileAccess.Write))
{
fs.Position = catLength;// 在实际数据库中，需要指定对象要存储到的位置
fs.Write(bytes, , bytes.Length);//注意，若bytes.Length超过int.MaxValue，这里就需要特殊处理了。
}
}
// 写入fish
long fishLength = ;
using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
{
byte[] bytes;
formatter.Serialize(ms, fish);
ms.Position = ;
bytes = new byte[ms.Length];
fishLength = ms.Length;// 在实际数据库中，fishLength由文件字节管理器进行读写
ms.Read(bytes, , bytes.Length);
using (FileStream fs = new FileStream(strHowSingleFileDBWorks, FileMode.Open, FileAccess.Write))
{
fs.Position = catLength + cat2Length;// 在实际数据库中，需要指定对象要存储到的位置
fs.Write(bytes, , bytes.Length);//注意，若bytes.Length超过int.MaxValue，这里就需要特殊处理了。
}
}
//查询cat2
using (FileStream fs = new FileStream(strHowSingleFileDBWorks, FileMode.Open, FileAccess.Read))
{
fs.Position = catLength;// 在实际数据库中，需要指定对象存储到的位置
object obj = formatter.Deserialize(fs);
Console.WriteLine(obj);// {2: 汤姆的媳妇}
}
//删除cat2
// 在实际数据库中，这由文件字节管理器进行控制，只需标记cat2所在的空间为没有占用即可。实际操作是修改几个skip list指针。
//新增cat3
Cat cat3 = new Cat() { Id = , Name = "喵" };
long cat3Length = ;
using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
{
byte[] bytes;
formatter.Serialize(ms, cat3);
ms.Position = ;
bytes = new byte[ms.Length];
cat3Length = ms.Length;// 在实际数据库中，cat3Length由文件字节管理器进行读写
ms.Read(bytes, , bytes.Length);
using (FileStream fs = new FileStream(strHowSingleFileDBWorks, FileMode.Open, FileAccess.Write))
{
fs.Position = catLength;// 在实际数据库中，需要指定对象要存储到的位置，这里由文件字节管理器为其找到可插入的空闲空间。
fs.Write(bytes, , bytes.Length);//注意，若bytes.Length超过int.MaxValue，这里就需要特殊处理了。
}
}
//查询cat cat3 fish
using (FileStream fs = new FileStream(strHowSingleFileDBWorks, FileMode.Open, FileAccess.Read))
{
object obj = null;
// cat
fs.Position = ;// 在实际数据库中，需要指定对象存储到的位置
obj = formatter.Deserialize(fs);
Console.WriteLine(obj);// {1: 汤姆}
// cat3
fs.Position = catLength;// 在实际数据库中，需要指定对象存储到的位置
obj = formatter.Deserialize(fs);
Console.WriteLine(obj);// {4: 喵}
// fish
fs.Position = catLength + cat2Length;// 在实际数据库中，需要指定对象存储到的位置
obj = formatter.Deserialize(fs);
Console.WriteLine(obj);// {3: 1.5}
}
单文件数据库是如何工作的
今后通过对此Demo进行不断扩展，就可以实现一个单文件数据库了。
由于FileStream.Length是long类型的，所以理论上的单文件数据库的长度最大为long.MaxValue(9223372036854775807=0x7FFFFFFFFFFFFFFF)个字节，即8589934591GB = 8388607TB = 8191PB = 7EB