Eingehende Analyse der Java-Serialisierung und -Deserialisierung

Dieser Artikel vermittelt Ihnen relevantes Wissen über Java, das hauptsächlich die zugehörigen Inhalte zur Serialisierung und Deserialisierung vorstellt. Schauen wir uns das hoffentlich gemeinsam an.

Empfohlenes Lernen: „Java-Video-Tutorial“

Serialisierung von Java-Objekten

Die Java-Plattform ermöglicht es uns, wiederverwendbare Java-Objekte im Speicher zu erstellen, aber im Allgemeinen können diese Objekte nur dann vorhanden sein, wenn die JVM ausgeführt wird Das heißt, der Lebenszyklus dieser Objekte ist nicht länger als der Lebenszyklus der JVM. In realen Anwendungen kann es jedoch erforderlich sein, das angegebene Objekt zu speichern (beizubehalten), nachdem die JVM nicht mehr ausgeführt wird, und das gespeicherte Objekt in Zukunft erneut zu lesen. Die Serialisierung von Java-Objekten kann uns dabei helfen, diese Funktion zu erreichen.

Mit der Java-Objektserialisierung wird beim Speichern eines Objekts sein Status als Satz von Bytes gespeichert und diese Bytes werden in Zukunft zu Objekten zusammengesetzt. Es ist zu beachten, dass die Objektserialisierung den „Status“ des Objekts, also seiner Mitgliedsvariablen, speichert. Es ist ersichtlich, dass bei der Objektserialisierung statische Variablen in der Klasse nicht berücksichtigt werden. Zusätzlich zur Objektserialisierung, die bei der Beibehaltung von Objekten verwendet wird, wird die Objektserialisierung auch bei der Verwendung von RMI (Remote Method Invocation) oder der Übertragung von Objekten über das Netzwerk verwendet. Die Java-Serialisierungs-API bietet einen Standardmechanismus für die Handhabung der Objektserialisierung. Die API ist einfach und benutzerfreundlich.

So serialisieren und deserialisieren Sie Java-Objekte

Solange in Java eine Klasse die Schnittstelle java.io.Serializable implementiert, kann sie serialisiert werden. Hier ist ein Codestück:

Code 1 Erstellen Sie eine Benutzerklasse für Serialisierung und Deserialisierungjava.io.Serializable接口，那么它就可以被序列化。这里先来一段代码：

code 1 创建一个User类，用于序列化及反序列化

package com.hollis;import java.io.Serializable;import java.util.Date;/**
 * Created by hollis on 16/2/2.
 */public class User implements Serializable{    private String name;    private int age;    private Date birthday;    private transient String gender;    private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;    public String getName() {        return name;
    }    public void setName(String name) {        this.name = name;
    }    public int getAge() {        return age;
    }    public void setAge(int age) {        this.age = age;
    }    public Date getBirthday() {        return birthday;
    }    public void setBirthday(Date birthday) {        this.birthday = birthday;
    }    public String getGender() {        return gender;
    }    public void setGender(String gender) {        this.gender = gender;
    }    @Override
    public String toString() {        return "User{" +                "name='" + name + ''' +
                ", age=" + age +
                ", gender=" + gender +
                ", birthday=" + birthday +
                '}';
    }
}

code 2 对User进行序列化及反序列化的Demo

package com.hollis;import org.apache.commons.io.FileUtils;import org.apache.commons.io.IOUtils;import java.io.*;import java.util.Date;/**
 * Created by hollis on 16/2/2.
 */
public class SerializableDemo {

    public static void main(String[] args) {
        //Initializes The Object
        User user = new User();
        user.setName("hollis");
        user.setGender("male");
        user.setAge(23);
        user.setBirthday(new Date());
        System.out.println(user);

        //Write Obj to File
        ObjectOutputStream oos = null;
        try {            oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("tempFile"));
            oos.writeObject(user);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            IOUtils.closeQuietly(oos);
        }

        //Read Obj from File
        File file = new File("tempFile");
        ObjectInputStream ois = null;
        try {            ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
            User newUser = (User) ois.readObject();
            System.out.println(newUser);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            IOUtils.closeQuietly(ois);
            try {
                FileUtils.forceDelete(file);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
}
//output 
//User{name='hollis', age=23, gender=male, birthday=Tue Feb 02 17:37:38 CST 2016}
//User{name='hollis', age=23, gender=null, birthday=Tue Feb 02 17:37:38 CST 2016}

序列化及反序列化相关知识

1、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。

2、通过ObjectOutputStream和ObjectInputStream对对象进行序列化及反序列化

3、虚拟机是否允许反序列化，不仅取决于类路径和功能代码是否一致，一个非常重要的一点是两个类的序列化 ID 是否一致（就是 private static final long serialVersionUID）

4、序列化并不保存静态变量。

5、要想将父类对象也序列化，就需要让父类也实现Serializable 接口。

6、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。

7、服务器端给客户端发送序列化对象数据，对象中有一些数据是敏感的，比如密码字符串等，希望对该密码字段在序列化时，进行加密，而客户端如果拥有解密的密钥，只有在客户端进行反序列化时，才可以对密码进行读取，这样可以一定程度保证序列化对象的数据安全。

ArrayList的序列化

在介绍ArrayList序列化之前，先来考虑一个问题：

如何自定义的序列化和反序列化策略

带着这个问题，我们来看java.util.ArrayList的源码

code 3

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
    private int size;
}

笔者省略了其他成员变量，从上面的代码中可以知道ArrayList实现了java.io.Serializable接口，那么我们就可以对它进行序列化及反序列化。因为elementData是transient的，所以我们认为这个成员变量不会被序列化而保留下来。我们写一个Demo，验证一下我们的想法：

code 4

public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        List<String> stringList = new ArrayList<String>();
        stringList.add("hello");
        stringList.add("world");
        stringList.add("hollis");
        stringList.add("chuang");
        System.out.println("init StringList" + stringList);
        ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("stringlist"));
        objectOutputStream.writeObject(stringList);

        IOUtils.close(objectOutputStream);
        File file = new File("stringlist");
        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        List<String> newStringList = (List<String>)objectInputStream.readObject();
        IOUtils.close(objectInputStream);
        if(file.exists()){
            file.delete();
        }
        System.out.println("new StringList" + newStringList);
    }
//init StringList[hello, world, hollis, chuang]//new StringList[hello, world, hollis, chuang]

了解ArrayList的人都知道，ArrayList底层是通过数组实现的。那么数组elementData其实就是用来保存列表中的元素的。通过该属性的声明方式我们知道，他是无法通过序列化持久化下来的。那么为什么code 4的结果却通过序列化和反序列化把List中的元素保留下来了呢？

writeObject和readObject方法

在ArrayList中定义了来个方法： writeObject和readObject

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;        // Read in size, and any hidden stuff
        s.defaultReadObject();        // Read in capacity
        s.readInt(); // ignored

        if (size > 0) {            // be like clone(), allocate array based upon size not capacity
            ensureCapacityInternal(size);            Object[] a = elementData;            // Read in all elements in the proper order.
            for (int i=0; i<size; i++) {                a[i] = s.readObject();
            }
        }
    }

Code 2 Demo für Serialisierung und Deserialisierung von Benutzern

private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
        throws java.io.IOException{        // Write out element count, and any hidden stuff
        int expectedModCount = modCount;
        s.defaultWriteObject();        // Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()
        s.writeInt(size);        // Write out all elements in the proper order.
        for (int i=0; i<size; i++) {
            s.writeObject(elementData[i]);
        }        if (modCount != expectedModCount) {            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

Wissen im Zusammenhang mit Serialisierung und Deserialisierung

1. Solange eine Klasse in Java die Schnittstelle java.io.Serializable implementiert, kann sie serialisiert werden.

2. Objekte über ObjectOutputStream und ObjectInputStream serialisieren und deserialisieren.

🎜3 Ob die virtuelle Maschine eine Deserialisierung zulässt, hängt nicht nur vom Klassenpfad und der Funktion ab. Ob der Code konsistent ist Ein sehr wichtiger Punkt ist, ob die Serialisierungs-ID der beiden Klassen konsistent ist (d. h. private static final long serialVersionUID) 🎜🎜4 ​​Bei der Serialisierung werden keine statischen Variablen gespeichert. 🎜🎜5. Wenn Sie das übergeordnete Klassenobjekt serialisieren möchten, müssen Sie die übergeordnete Klasse auch die Schnittstelle Serializable implementieren lassen. 🎜🎜6. Die Funktion des Schlüsselworts „Transient“ besteht darin, die Serialisierung von Variablen zu steuern, bevor die Variable deklariert wird. Nach der Deserialisierung wird der Wert der Variablen festgelegt der Anfangswert, z. B. 0 für den Typ int und null für den Objekttyp. 🎜🎜7. Der Server sendet serialisierte Objektdaten an den Client, z. B. Kennwortzeichenfolgen usw. Es wird erwartet, dass das Kennwortfeld während der Serialisierung verschlüsselt wird und der Client über die Entschlüsselung verfügt Das Passwort kann nur gelesen werden, wenn der Client den Schlüssel deserialisiert, wodurch die Datensicherheit des serialisierten Objekts bis zu einem gewissen Grad gewährleistet werden kann. 🎜

Serialisierung von ArrayList🎜🎜Bevor wir die ArrayList-Serialisierung einführen, überlegen wir uns eine Frage: 🎜🎜🎜So passen Sie Serialisierungs- und Deserialisierungsstrategien an🎜🎜🎜Mit diesem Problem im Hinterkopf nehmen wir Folgendes an Schauen Sie sich den Quellcode von java.util.ArrayList an. io.SerializableSchnittstelle, dann können wir sie serialisieren und deserialisieren. Da elementData transient ist, gehen wir davon aus, dass diese Mitgliedsvariable nicht serialisiert und beibehalten wird. Schreiben wir eine Demo, um unsere Idee zu überprüfen: 🎜🎜Code 4🎜

void invokeWriteObject(Object obj, ObjectOutputStream out)
        throws IOException, UnsupportedOperationException
    {        if (writeObjectMethod != null) {            try {
                writeObjectMethod.invoke(obj, new Object[]{ out });
            } catch (InvocationTargetException ex) {                Throwable th = ex.getTargetException();                if (th instanceof IOException) {                    throw (IOException) th;
                } else {
                    throwMiscException(th);
                }
            } catch (IllegalAccessException ex) {                // should not occur, as access checks have been suppressed
                throw new InternalError(ex);
            }
        } else {            throw new UnsupportedOperationException();
        }
    }

🎜 Jeder, der ArrayList kennt, weiß, dass die unterste Ebene von ArrayList durch ein Array implementiert wird. Dann wird das Array elementData tatsächlich zum Speichern der Elemente in der Liste verwendet. Aus der Art und Weise, wie dieses Attribut deklariert wird, wissen wir, dass es nicht durch Serialisierung beibehalten werden kann. Warum behält das Ergebnis von Code 4 die Elemente in der Liste durch Serialisierung und Deserialisierung bei? 🎜

Methoden writeObject und readObject

🎜In ArrayList sind zwei Methoden definiert: writeObject und readObject. 🎜🎜Hier ist die Schlussfolgerung: 🎜🎜Wenn während des Serialisierungsprozesses die Methoden writeObject und readObject in der serialisierten Klasse definiert sind, versucht die virtuelle Maschine, die Methoden writeObject und readObject in der Objektklasse aufzurufen, um eine benutzerdefinierte Serialisierung durchzuführen Deserialisierung. 🎜🎜Wenn es keine solche Methode gibt, ist der Standardaufruf die Methode defaultWriteObject von ObjectOutputStream und die Methode defaultReadObject von ObjectInputStream. 🎜

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。

来看一下这两个方法的具体实现：

code 5

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;        // Read in size, and any hidden stuff
        s.defaultReadObject();        // Read in capacity
        s.readInt(); // ignored

        if (size > 0) {            // be like clone(), allocate array based upon size not capacity
            ensureCapacityInternal(size);            Object[] a = elementData;            // Read in all elements in the proper order.
            for (int i=0; i<size; i++) {                a[i] = s.readObject();
            }
        }
    }

code 6

private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
        throws java.io.IOException{        // Write out element count, and any hidden stuff
        int expectedModCount = modCount;
        s.defaultWriteObject();        // Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()
        s.writeInt(size);        // Write out all elements in the proper order.
        for (int i=0; i<size; i++) {
            s.writeObject(elementData[i]);
        }        if (modCount != expectedModCount) {            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

那么为什么ArrayList要用这种方式来实现序列化呢？

why transient

ArrayList实际上是动态数组，每次在放满以后自动增长设定的长度值，如果数组自动增长长度设为100，而实际只放了一个元素，那就会序列化99个null元素。为了保证在序列化的时候不会将这么多null同时进行序列化，ArrayList把元素数组设置为transient。

why writeObject and readObject

前面说过，为了防止一个包含大量空对象的数组被序列化，为了优化存储，所以，ArrayList使用transient来声明elementData。 但是，作为一个集合，在序列化过程中还必须保证其中的元素可以被持久化下来，所以，通过重写writeObject 和 readObject方法的方式把其中的元素保留下来。

writeObject方法把elementData数组中的元素遍历的保存到输出流（ObjectOutputStream）中。

readObject方法从输入流（ObjectInputStream）中读出对象并保存赋值到elementData数组中。

至此，我们先试着来回答刚刚提出的问题：

如何自定义的序列化和反序列化策略

答：可以通过在被序列化的类中增加writeObject 和 readObject方法。那么问题又来了：

虽然ArrayList中写了writeObject 和 readObject 方法，但是这两个方法并没有显示的被调用啊。

那么如果一个类中包含writeObject 和 readObject 方法，那么这两个方法是怎么被调用的呢?

ObjectOutputStream

从code 4中，我们可以看出，对象的序列化过程通过ObjectOutputStream和ObjectInputputStream来实现的，那么带着刚刚的问题，我们来分析一下ArrayList中的writeObject 和 readObject 方法到底是如何被调用的呢？

为了节省篇幅，这里给出ObjectOutputStream的writeObject的调用栈：

writeObject ---> writeObject0 --->writeOrdinaryObject--->writeSerialData--->invokeWriteObject<p>这里看一下invokeWriteObject：</p><pre class="brush:php;toolbar:false">void invokeWriteObject(Object obj, ObjectOutputStream out)         throws IOException, UnsupportedOperationException     {        if (writeObjectMethod != null) {            try {                 writeObjectMethod.invoke(obj, new Object[]{ out });             } catch (InvocationTargetException ex) {                Throwable th = ex.getTargetException();                if (th instanceof IOException) {                    throw (IOException) th;                 } else {                     throwMiscException(th);                 }             } catch (IllegalAccessException ex) {                // should not occur, as access checks have been suppressed                 throw new InternalError(ex);             }         } else {            throw new UnsupportedOperationException();         }     }</pre><p>其中<code>writeObjectMethod.invoke(obj, new Object[]{ out });是关键，通过反射的方式调用writeObjectMethod方法。官方是这么解释这个writeObjectMethod的：

class-defined writeObject method, or null if none

在我们的例子中，这个方法就是我们在ArrayList中定义的writeObject方法。通过反射的方式被调用了。

至此，我们先试着来回答刚刚提出的问题：

如果一个类中包含writeObject 和 readObject 方法，那么这两个方法是怎么被调用的?

答：在使用ObjectOutputStream的writeObject方法和ObjectInputStream的readObject方法时，会通过反射的方式调用。

至此，我们已经介绍完了ArrayList的序列化方式。那么，不知道有没有人提出这样的疑问：

Serializable明明就是一个空的接口，它是怎么保证只有实现了该接口的方法才能进行序列化与反序列化的呢？

Serializable接口的定义：

public interface Serializable {
}

读者可以尝试把code 1中的继承Serializable的代码去掉，再执行code 2，会抛出java.io.NotSerializableException。

其实这个问题也很好回答，我们再回到刚刚ObjectOutputStream的writeObject的调用栈：

writeObject ---> writeObject0 --->writeOrdinaryObject--->writeSerialData--->invokeWriteObject

writeObject0方法中有这么一段代码：

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());
                }
            }

在进行序列化操作时，会判断要被序列化的类是否是Enum、Array和Serializable类型，如果不是则直接抛出NotSerializableException。

总结

1、如果一个类想被序列化，需要实现Serializable接口。否则将抛出NotSerializableException异常，这是因为，在序列化操作过程中会对类型进行检查，要求被序列化的类必须属于Enum、Array和Serializable类型其中的任何一种。

2、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。

3、在类中增加writeObject 和 readObject 方法可以实现自定义序列化策略

推荐学习：《java视频教程》

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