Analyse approfondie de la sérialisation et de la désérialisation Java

Cet article vous apporte des connaissances pertinentes sur java, qui présente principalement le contenu associé à la sérialisation et à la désérialisation. La sérialisation est un moyen de persistance d'objet. Jetons-y un coup d'œil ensemble, j'espère, utile à tout le monde.

Apprentissage recommandé : "Tutoriel vidéo Java"

Sérialisation des objets Java

La plateforme Java nous permet de créer des objets Java réutilisables en mémoire, mais généralement, seulement lorsque la JVM est en cours d'exécution, ces objets peuvent exister , c'est-à-dire que le cycle de vie de ces objets ne sera pas plus long que le cycle de vie de la JVM. Mais dans les applications réelles, il peut être nécessaire de sauvegarder (conserver) l'objet spécifié après l'arrêt de l'exécution de la JVM et de relire l'objet enregistré ultérieurement. La sérialisation des objets Java peut nous aider à réaliser cette fonction.

En utilisant la sérialisation d'objets Java, lors de l'enregistrement d'un objet, son état sera enregistré sous la forme d'un ensemble d'octets, et à l'avenir, ces octets seront assemblés en objets. Il convient de noter que la sérialisation d'objet enregistre « l'état » de l'objet, c'est-à-dire ses variables membres. On peut voir que la la sérialisation des objets ne prêtera pas attention aux variables statiques de la classe.

En plus de la sérialisation d'objets utilisée lors de la persistance d'objets, la sérialisation d'objets est également utilisée lors de l'utilisation de RMI (invocation de méthode à distance) ou du transfert d'objets sur le réseau. L'API de sérialisation Java fournit un mécanisme standard pour gérer la sérialisation des objets. L'API est simple et facile à utiliser.

Comment sérialiser et désérialiser des objets Java

En Java, tant qu'une classe implémente l'interface java.io.Serializing, elle peut alors être sérialisée. Voici un morceau de code : java.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

code 1 Créer une classe User pour la sérialisation et la désérialisation

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 Démo pour la sérialisation et la désérialisation User

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();
        }
    }

Connaissances liées à la sérialisation et à la désérialisation

1. En Java, tant qu'une classe implémente l'interface java.io.Serializing, elle peut être sérialisée.

🎜2. Sérialisez et désérialisez les objets via ObjectOutputStream et ObjectInputStream 🎜🎜3 La question de savoir si la machine virtuelle autorise la désérialisation ne dépend pas seulement du chemin de classe et de la fonction. , un point très important est de savoir si l'ID de sérialisation des deux classes est cohérent (c'est-à-dire private static final long serialVersionUID) 🎜🎜4. 🎜🎜5. Si vous souhaitez sérialiser l'objet de classe parent, vous devez laisser la classe parent implémenter également l'interface Sérialisable. 🎜🎜6. La fonction du mot-clé Transient est de contrôler la sérialisation des variables. L'ajout de ce mot-clé avant la déclaration de la variable peut empêcher la sérialisation de la variable dans le fichier. Après avoir été désérialisée, la valeur de la variable transitoire est définie. la valeur initiale, telle que 0 pour le type int et null pour le type d'objet. 🎜🎜7. Le serveur envoie des données d'objet sérialisées au client. Certaines données de l'objet sont sensibles, comme les chaînes de mot de passe, etc. On espère que le champ du mot de passe sera crypté lors de la sérialisation, et si le client a le déchiffrement. Le mot de passe ne peut être lu que lorsque le client désérialise la clé, ce qui peut garantir dans une certaine mesure la sécurité des données de l'objet sérialisé. 🎜

Sérialisation d'ArrayList🎜🎜Avant d'introduire la sérialisation d'ArrayList, examinons une question : 🎜🎜🎜Comment personnaliser les stratégies de sérialisation et de désérialisation🎜🎜🎜Avec ce problème à l'esprit, prenons un coup d'œil au code source de java.util.ArrayList🎜🎜code 3🎜

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();
        }
    }

🎜L'auteur a omis d'autres variables membres. À partir du code ci-dessus, nous pouvons savoir qu'ArrayList implémente java. io.Serialised, nous pouvons alors le sérialiser et le désérialiser. Étant donné que elementData est transient, nous pensons que cette variable membre ne sera pas sérialisée et conservée. Écrivons une démo pour vérifier notre idée : 🎜🎜code 4🎜

public interface Serializable {
}

🎜 Quiconque connaît ArrayList sait que la couche inférieure d'ArrayList est implémentée via un tableau. Ensuite, le tableau elementData est en fait utilisé pour sauvegarder les éléments de la liste. Nous savons, de par la manière dont cet attribut est déclaré, qu'il ne peut pas être conservé via la sérialisation. Alors pourquoi le résultat du code 4 conserve-t-il les éléments de la liste via la sérialisation et la désérialisation ? 🎜

Méthodes writeObject et readObject

🎜Il existe deux méthodes définies dans ArrayList : writeObject et readObject. 🎜🎜Voici la conclusion : 🎜🎜Pendant le processus de sérialisation, si les méthodes writeObject et readObject sont définies dans la classe sérialisée, la machine virtuelle tentera d'appeler les méthodes writeObject et readObject dans la classe d'objet pour effectuer une sérialisation définie par l'utilisateur. et la désérialisation. 🎜🎜 S'il n'existe pas de méthode de ce type, l'appel par défaut est la méthode defaultWriteObject d'ObjectOutputStream et la méthode defaultReadObject d'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

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