深入分析java序列化

时间：2022-01-21 17:34:54

概念

先来点简单的概念：
what?why？
什么是序列化？为什么要序列化？
答曰：将java对象转成字节序列，用以传输和保存
where？
使用场景是什么？
答曰：对象的传输；状态的备份，例如jvm的dump文件；
好了，不装*了，下面说的详细点。其实对象的序列化主要有两种用途：

  • 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
  • 在网络上传送对象的字节序列

在很多应用中，需要对某些对象进行序列化，让它们离开内存空间，入住物理硬盘，以便长期保存。比如最常见的是Web服务器中的Session对象，当有 10万用户并发访问，就有可能出现10万个Session对象，内存可能吃不消，于是Web容器就会把一些seesion先序列化到硬盘中，等要用了，再把保存在硬盘中的对象还原到内存中。
当两个进程在进行远程通信时，彼此可以发送各种类型的数据。无论是何种类型的数据，都会以二进制序列的形式在网络上传送。发送方需要把这个Java对象转换为字节序列，才能在网络上传送；接收方则需要把字节序列再恢复为Java对象。

实现方式

how？

  1. （需要序列化的类）实现Serializable接口。查看源码可知Serializable是个空接口（里面没有任何方法），即标记接口。作用就是明确地告诉java，这个类需要序列化，不实现这个接口，那这个对象是没法序列化和传输的（如果不加implements Serializable，会报错，建议试试，直观感受下），类似的标记接口还有cloneable。
  2. 创建输入输出流。首先，序列化一个对象，需要要创建某些OutputStream(如FileOutputStream、ByteArrayOutputStream等)，然后将这些OutputStream封装在一个ObjectOutputStream中。这时候，只需要调用writeObject()方法就可以将对象序列化，并将其发送给OutputStream（对象的序列化是基于字节的，不能使用Reader和Writer等基于字符的层次结构）。其次，反序列的过程（即将一个序列还原成为一个对象），则需要将一个InputStream(如FileInputstream、ByteArrayInputStream等)封装在ObjectInputStream内，然后调用readObject()即可。简单来说即：
    序列化：ObjectOutputStream.writeObject(Object)
    反序列化：ObjectInputStream.readObject()

见下面的例子：
先定义一个待序列化的对象：

package com.alibaba.serialize.common;

import java.io.Serializable;

/*
 * 不加implements Serializable，会报错
 */
public class User implements Serializable{
private static final long serialVersionUID = 1L;
private String username;
private int age;

public User(String username, int age) {
this.username = username;
this.age = age;
    }

public String getUsername() {
return username;
    }

public void setUsername(String username) {
this.username = username;
    }

public int getAge() {
return age;
    }

public void setAge(int age) {
this.age = age;
    }
}

再写一个序列化的例子

package com.alibaba.serialize.common;

import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectOutputStream;

public class SerializeExample {

public static final String out_file = "src/com/alibaba/serialize/temp.out";

public static void main(String[] args) {
        User user = new User("tony", 18);
try {
//如果这里改成网络输出流而不是文件输出流（反序列化那里也同样改成网络输入流），则可以在网络上传输
            ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(
new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(out_file)));

            out.writeObject("用户信息..");
            out.writeObject(user);
            out.close();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("序列化完成。请调用反序列化类DeserializeExample完成反序列化！");
    }
}

最后再写一个反序列化的例子

package com.alibaba.serialize.common;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.ObjectInputStream;

public class DeserializeExample {
public static void main(String[] args) throws Exception{
            ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(
new BufferedInputStream(new FileInputStream(SerializeExample.out_file)));
            String title = (String) in.readObject();
            System.out.println(title);
            User user = (User) in.readObject();
            System.out.println("用户姓名："+user.getUsername());
            System.out.println("用户年龄："+user.getAge());
    }
}

分别运行SerializeExample 和 DeserializeExample 可以看到对应的效果。

序列化的文件关系

说几点平常不注意容易忽略的地方。

  1. 如果一个类没有实现Serializable接口，但是它的基类实现了，那么这个类也是可以序列化的；
  2. 相反，如果一个类实现了Serializable接口，但是它的父类没有实现，那么这个类还是可以序列化（Object是所有类的父类），但是序列化该子类对象，然后反序列化后输出父类定义的某变量的数值，会发现该变量数值与序列化时的数值不同（一般为null或者其他默认值），而且这个父类里面必须有无参的构造方法，不然子类反序列化的时候会报错。

见示例：
先写个父类

package com.alibaba.serialize.parent;

import java.io.Serializable;

public class CarSerialize{
private String name;
private Long price;

/*
 * 没有这个无参构造函数会报错，可以删除，测试下
 */
public CarSerialize() {
super();
    }

public CarSerialize(String name, Long price) {
this.name = name;
this.price = price;
    }

public String getName() {
return name;
    }

public void setName(String name) {
this.name = name;
    }

public Long getPrice() {
return price;
    }

public void setPrice(Long price) {
this.price = price;
    }

}

再写个子类

package com.alibaba.serialize.parent;

import java.io.Serializable;

public class BMWSerialize extends CarSerialize implements Serializable{
private String name;
private Long price;

public BMWSerialize(String name, Long price) {
super(name, price);
    }

public String getName() {
return name;
    }

public void setName(String name) {
this.name = name;
    }

public Long getPrice() {
return price;
    }

public void setPrice(Long price) {
this.price = price;
    }   
}

最后写个测试类

package com.alibaba.serialize.parent;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;

public class SerializeTest {

public static void main(String[] args) {
try {
            ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("result.obj"));
            out.writeObject(new BMWSerialize("BMW",100L));
            out.close();

            ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream("result.obj"));
            BMWSerialize bmw = (BMWSerialize) oin.readObject();
            System.out.println("解密后的字符串:" + bmw.getName());
            oin.close();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上述代码中，大家可以尝试按照我上面说的两点，分情况进行测试。

这里还有个需要注意的地方
同一个流的对象引用关系被很好地保留了下来，不同流的对象引用关系则无法保证匹配
这一点我感觉比较容易理解，就不写了，有时间可以测试下。

序列化ID

思考一个问题：如果序列化之后，两端或者版本不同，class不一致怎么办？

？？？
？？？

这里就有序列化ID的概念了，serialVersionUID适用于JAVA的序列化机制。反序列化时，如果类发生了变动，则构造器和赋值语句不会生效。

简单来说，Java的序列化机制是通过判断类的serialVersionUID来验证版本一致性的。在进行反序列化时，JVM会把传来的字节流中的serialVersionUID与本地相应实体类的serialVersionUID进行比较，如果相同就认为是一致的，可以进行反序列化，否则就会出现序列化版本不一致的异常，即是InvalidCastException（如同上面一节，你把父类的无参构造方法删除之后，再反序列化也会报这个错）。

serialVersionUID有两种显示的生成方式：

  • 一是默认的1L，比如：private static final long serialVersionUID = 1L
  • 二是根据类名、接口名、成员方法及属性等来生成一个64位的哈希字段，比如:private static final long serialVersionUID = xxxxL;

再思考一个问题，如果序列化ID是一样的，假设A端是序列化，B端是反序列化，反序列化之前B端序列化对象发生变化，会有几种情况？其实逻辑还是比较容易理解的，略微总结了下，大致如下：

  • B加字段：序列化，反序列化正常，B端新增加的int字段被赋予了字段类型的默认值（如0或者false）
  • B删字段：序列化，反序列化正常（不会报错），B端字段少于A端，A端多的字段值丢失

自定义序列化

既然题目是深入分析，那当然要接着分析，哈哈~所以，再问一个问题，当对象中有敏感字段怎么办？如password。是不是自己可以决定序列化方式呢？这里解释一下

在序列化过程中，虚拟机会试图调用对象类里的 writeObject 和 readObject 方法，进行用户自定义的序列化和反序列化，如果没有这样的方法，则默认调用是 ObjectOutputStream 的 defaultWriteObject 方法以及 ObjectInputStream 的 defaultReadObject 方法。用户自定义的 writeObject 和 readObject 方法可以允许用户控制序列化的过程，比如可以在序列化的过程中动态改变序列化的数值。

基于这个原理，可以在实际应用中得到使用，用于敏感字段的加密工作，见示例（代码摘自参考资料）。
先写一个自定义序列化过程的待序列化对象。

package com.alibaba.serialize.customer;

import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectInputStream.GetField;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.ObjectOutputStream.PutField;
import java.io.Serializable;

public class SecurityInfo implements Serializable{
private String password = "pass";

public String getPassword() {
return password;
    }

public void setPassword(String password) {
this.password = password;
    }

private void writeObject(ObjectOutputStream out) {
try {
            PutField putFields = out.putFields();
            System.out.println("原密码:" + password);
            password = "encryption";//模拟加密
            putFields.put("password", password);
            System.out.println("加密后的密码" + password);
            out.writeFields();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

private void readObject(ObjectInputStream in) {
try {
            GetField readFields = in.readFields();
            Object object = readFields.get("password", "");
            System.out.println("要解密的字符串:" + object.toString());
            password = "pass";//模拟解密,需要获得本地的密钥
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

再写一个测试类

package com.alibaba.serialize.customer;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;

public class CustomerSerialize {

public static void main(String[] args) {
try {
            ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("result.obj"));
            out.writeObject(new SecurityInfo());
            out.close();

            ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream("result.obj"));
            SecurityInfo t = (SecurityInfo) oin.readObject();
            System.out.println("解密后的字符串:" + t.getPassword());
            oin.close();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

ok！运行下看看吧。
其实说到自定义序列化，还可以通过实现java序列化另一个接口Externalizable，实现Externalizable接口就需要实现它的两个方法，如下：
深入分析java序列化

大致总结了下，Externalizable和Serializable的区别：

实现Serializable接口 实现Externalizable
系统自动存储必要信息 程序员决定存储哪些信息
Java内建支持，易于实现，只需实现该接口如何即可，无须任何代码支持 仅仅提供两个空方法，实现该接口必须为两个空方法提供实现
性能略差 性能略高

其实虽然Externalizable性能高，但是我们一般很少在代码里看到，这个原因需要请假下别人，个人认为可能是自己写不够通用，太麻烦，而且一般敏感信息也不会这么传。

几种序列化协议比较

这里主要介绍和对比几种当下比较流行的序列化协议，包括XML、JSON、Protobuf、Thrift和Avro。这里因为我用的也不多，只用过json和xml，所以，对比的话这里列了个参考资料： http://tech.meituan.com/serialization_vs_deserialization.html

本文还参考：
http://blog.csdn.net/zhaozheng7758/article/details/7820018

感谢上述作者~
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