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详解Java编程中对象的序列化

2019年07月22日 | 移动技术网IT编程 | 我要评论

1. 什么是java对象序列化

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。

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。

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。java序列化api为处理对象序列化提供了一个标准机制，该api简单易用，在本文的后续章节中将会陆续讲到。

2. 简单示例

在java中，只要一个类实现了java.io.serializable接口，那么它就可以被序列化。此处将创建一个可序列化的类person，本文中的所有示例将围绕着该类或其修改版。

gender类，是一个枚举类型，表示性别

public enum gender { 
  male, female 
}

如果熟悉java枚举类型的话，应该知道每个枚举类型都会默认继承类java.lang.enum，而该类实现了serializable接口，所以枚举类型对象都是默认可以被序列化的。

person类，实现了serializable接口，它包含三个字段：name，string类型；age，integer类型；gender，gender类型。另外，还重写该类的tostring()方法，以方便打印person实例中的内容。

public class person implements serializable { 
 
  private string name = null; 
 
  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; 
  } 
 
  public string getname() { 
    return name; 
  } 
 
  public void setname(string name) { 
    this.name = name; 
  } 
 
  public integer getage() { 
    return age; 
  } 
 
  public void setage(integer age) { 
    this.age = age; 
  } 
 
  public gender getgender() { 
    return gender; 
  } 
 
  public void setgender(gender gender) { 
    this.gender = gender; 
  } 
 
  @override 
  public string tostring() { 
    return "[" + name + ", " + age + ", " + gender + "]"; 
  } 
}

simpleserial，是一个简单的序列化程序，它先将一个person对象保存到文件person.out中，然后再从该文件中读出被存储的person对象，并打印该对象。

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); 
  } 
}

上述程序的输出的结果为：

arg constructor 
[john, 31, male]

此时必须注意的是，当重新读取被保存的person对象时，并没有调用person的任何构造器，看起来就像是直接使用字节将person对象还原出来的。

当person对象被保存到person.out文件中之后，我们可以在其它地方去读取该文件以还原对象，但必须确保该读取程序的classpath中包含有person.class(哪怕在读取person对象时并没有显示地使用person类，如上例所示)，否则会抛出classnotfoundexception。

3. serializable的作用

为什么一个类实现了serializable接口，它就可以被序列化呢？在上节的示例中，使用objectoutputstream来持久化对象，在该类中有如下代码：

private void writeobject0(object obj, boolean unshared) throws ioexception { 
   ...
  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()); 
    } 
  } 
  ... 
}

从上述代码可知，如果被写对象的类型是string，或数组，或enum，或serializable，那么就可以对该对象进行序列化，否则将抛出notserializableexception。

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. 影响序列化

在现实应用中，有些时候不能使用默认序列化机制。比如，希望在序列化过程中忽略掉敏感数据，或者简化序列化过程。下面将介绍若干影响序列化的方法。

5.1 transient关键字

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; 
  ... 
}

再执行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。

5.2 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。详情可以看看objectoutputstream中的writeserialdata方法，以及objectinputstream中的readserialdata方法。

5.3 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类作如下修改，

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 { 
 
  } 
  ... 
}

此时再执行simpleserial程序之后会得到如下结果：

arg constructor 
none-arg constructor 
[null, null, null]

从该结果，一方面，可以看出person对象中任何一个字段都没有被序列化。另一方面，如果细心的话，还可以发现这此次序列化过程调用了person类的无参构造器。

externalizable继承于serializable，当使用该接口时，序列化的细节需要由程序员去完成。如上所示的代码，由于writeexternal()与readexternal()方法未作任何处理，那么该序列化行为将不会保存/读取任何一个字段。这也就是为什么输出结果中所有字段的值均为空。

另外，使用externalizable进行序列化时，当读取对象时，会调用被序列化类的无参构造器去创建一个新的对象，然后再将被保存对象的字段的值分别填充到新对象中。这就是为什么在此次序列化过程中person类的无参构造器会被调用。由于这个原因，实现externalizable接口的类必须要提供一个无参的构造器，且它的访问权限为public。

对上述person类进行进一步的修改，使其能够对name与age字段进行序列化，但忽略掉gender字段，如下代码所示：

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 { 
    out.writeobject(name); 
    out.writeint(age); 
  } 
 
  @override 
  public void readexternal(objectinput in) throws ioexception, classnotfoundexception { 
    name = (string) in.readobject(); 
    age = in.readint(); 
  } 
  ... 
}

执行simpleserial之后会有如下结果：

arg constructor 
none-arg constructor 
[john, 31, null]

5.4 readresolve()方法

当我们使用singleton模式时，应该是期望某个类的实例应该是唯一的，但如果该类是可序列化的，那么情况可能略有不同。此时对第2节使用的person类进行修改，使其实现singleton模式，如下所示：

public class person implements serializable { 
 
  private static class instanceholder { 
    private static final person instatnce = new person("john", 31, gender.male); 
  } 
 
  public static person getinstance() { 
    return instanceholder.instatnce; 
  } 
 
  private string name = null; 
 
  private integer age = null; 
 
  private gender gender = null; 
 
  private person() { 
    system.out.println("none-arg constructor"); 
  } 
 
  private person(string name, integer age, gender gender) { 
    system.out.println("arg constructor"); 
    this.name = name; 
    this.age = age; 
    this.gender = gender; 
  } 
  ... 
} 
同时要修改simpleserial应用，使得能够保存/获取上述单例对象，并进行对象相等性比较，如下代码所示：

public class simpleserial { 
 
  public static void main(string[] args) throws exception { 
    file file = new file("person.out"); 
    objectoutputstream oout = new objectoutputstream(new fileoutputstream(file)); 
    oout.writeobject(person.getinstance()); // 保存单例对象 
    oout.close(); 
 
    objectinputstream oin = new objectinputstream(new fileinputstream(file)); 
    object newperson = oin.readobject(); 
    oin.close(); 
    system.out.println(newperson); 
 
    system.out.println(person.getinstance() == newperson); // 将获取的对象与person类中的单例对象进行相等性比较 
  } 
}

执行上述应用程序后会得到如下结果：

arg constructor 
[john, 31, male] 
false

值得注意的是，从文件person.out中获取的person对象与person类中的单例对象并不相等。为了能在序列化过程仍能保持单例的特性，可以在person类中添加一个readresolve()方法，在该方法中直接返回person的单例对象，如下所示：

public class person implements serializable { 
 
  private static class instanceholder { 
    private static final person instatnce = new person("john", 31, gender.male); 
  } 
 
  public static person getinstance() { 
    return instanceholder.instatnce; 
  } 
 
  private string name = null; 
 
  private integer age = null; 
 
  private gender gender = null; 
 
  private person() { 
    system.out.println("none-arg constructor"); 
  } 
 
  private person(string name, integer age, gender gender) { 
    system.out.println("arg constructor"); 
    this.name = name; 
    this.age = age; 
    this.gender = gender; 
  } 
 
  private object readresolve() throws objectstreamexception { 
    return instanceholder.instatnce; 
  } 
  ... 
}

再次执行本节的simpleserial应用后将如下输出：

arg constructor 
[john, 31, male] 
true

无论是实现serializable接口，或是externalizable接口，当从i/o流中读取对象时，readresolve()方法都会被调用到。实际上就是用readresolve()中返回的对象直接替换在反序列化过程中创建的对象。

6.一些高级用法
该说的都在注释中说完了。直接给程序吧。

package test.javapuzzler.p5;

import java.io.*;
import java.io.objectinputstream.getfield;
import java.io.objectoutputstream.putfield;

// 一个类实现serializable来表明自己可以被序列化；
// 有一点需要特别注意的是：
// 如果子类实现了serializable，而父类没有，则父类不会被序列化；
public class serializableobject implements serializable {

 // 生成的序列化版本号会因为编译环境，声明的类名，成员名称和数量的变化而不同；
 // 也就是说这个版本号一定程度上记录着类的定义性的信息，如果类的定义变化了，最好重新生成版本号；
 // 如果新的代码使用了旧的版本号，则在反序列化的时候，可以兼容读取旧类的字节码而不会报错；
 private static final long serialversionuid = 9038542591452547920l;

 public string name;
 public string password;
 // 如果你不希望某个非静态成员被序列化，可以用transient来修饰它；
 public transient int age;
 // 静态成员不会被序列化，因为序列化保存的是实例的状态信息，而静态成员是类的状态信息；
 public static int version = 1;

 public serializableobject(string name, string password) {
 this.name = name;
 this.password = password;
 }

 // 每个类可以写一个writeobject方法，这个方法将会负责该类自身的序列化过程；
 // 比如对于敏感信息如password，可以加密之后再序列化；
 // 这个过程需要用到putfield，它可以指定哪些域会被序列化，怎么序列化(比如加密);
 // 如果没有定义这个方法，将会调用objectoutputstream 的 defaultwriteobject；

 // 你可以注释掉readobject方法，然后运行测试用例来测试密码是否被加密；
 private void writeobject(objectoutputstream out) throws ioexception {
 putfield putfields = out.putfields();
 putfields.put("name", name);
 // 模拟加密密码
 putfields.put("password", "thepassword:" + password);
 out.writefields();
 }

 // 每个类可以写一个readobject方法，该方法负责该类自身的反序列化过程；
 // 比如对序列化时加密后的密码解密；
 // 这个过程需要用到getfield，他可以具体地读取每个域；或执行解密动作等等；
 // 如果没有定义这个方法，将会调用objectinputstream 的 defaultreadobject；
 private void readobject(objectinputstream in)
  throws classnotfoundexception, ioexception {
 getfield readfields = in.readfields();
 // 读取到成员的值之后，直接赋给该域，即完成该域的反序列化；
 name = (string) readfields.get("name", "defaultname");
 // 模拟解密密码
 string encpassword = (string) readfields.get("password",
  "thepassword:defaultvalue");
 password = encpassword.split(":")[1];
 }

 // 序列化
 // 主要用到objectoutputstream；
 public void save() throws ioexception {
 fileoutputstream fout = new fileoutputstream("e:\\obj");
 objectoutputstream oout = new objectoutputstream(fout);
 oout.writeobject(this);
 oout.close();
 fout.close();
 }

 // 反序列化
 // 主要用到objectinputstream
 public static serializableobject load() throws ioexception,
  classnotfoundexception {
 fileinputstream fin = new fileinputstream("e:\\obj");
 objectinputstream oin = new objectinputstream(fin);
 object o = oin.readobject();
 return (serializableobject) o;

 }

 @override
 public string tostring() {
 return "name: " + name + ", password: " + password;
 }

 // 测试用例
 public static void main(string[] args) throws ioexception,
  classnotfoundexception {
 serializableobject so = new serializableobject(
  "http://blog.csdn.net/sunxing007", "123456");
 so.save();
 system.out.println(so);
 system.out.println(serializableobject.load());
 }

}

序列化会对单例模式不利, 因为可以通过反序列化而破坏单例. 这个时候就要请出readresolve这个方法了. 比如下面的程序:

public class dog extends exception {
 //private static final long serialversionuid = -7156412195888553079l;
 public static final dog instance = new dog();
 private dog() { }
 public string tostring() {
 return "woof";
 }
 // 通过readresolve, 保证反序列化的时候能完全自主地处理返回对象.
 private object readresolve(){
      return instance;
    }
 public static void main(string[] args) throws ioexception, classnotfoundexception{
 dog d = dog.instance;
 bytearrayoutputstream bro = new bytearrayoutputstream();
 objectoutputstream oout = new objectoutputstream(bro);
 oout.writeobject(d);
 objectinputstream oin = new objectinputstream(new bytearrayinputstream(bro.tobytearray()));
 dog d1 = (dog)oin.readobject();
 system.out.println(d1==d);
 }
}

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