深入分析Java的序列化與反序列化
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- 2022-11-14 16:14:521569瀏覽
本篇文章為大家帶來了關於java的相關知識，其中主要介紹了關於序列化與反序列化的相關內容，序列化是一種對象持久化的手段，下面一起來看一下，希望對大家有幫助。
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Java物件的序列化
Java平台允許我們在記憶體中建立可重複使用的Java對象，但一般情況下，只有當JVM處於運行時，這些物件才可能存在，即，這些物件的生命週期不會比JVM的生命週期更長。但在現實應用中，就可能要求在JVM停止運行之後能夠保存(持久化)指定的對象，並在將來重新讀取被保存的對象。 Java物件序列化就能夠幫助我們實現該功能。
使用Java物件序列化，在儲存物件時，會把其狀態儲存為一組位元組，在未來，再將這些位元組組裝成物件。必須注意地是，物件序列化保存的是物件的”狀態”，即它的成員變數。由此可知，物件序列化不會關注類別中的靜態變數。
除了在持久化物件時會用到物件序列化之外，當使用RMI(遠端方法呼叫)，或在網路中傳遞物件時，都會用到物件序列化。 Java序列化API為處理物件序列化提供了一個標準機制，簡單易用。
如何對Java物件進行序列化與反序列化
在Java中，只要一個類別實作了java.io.Serializable接口，那麼它就可以被序列化。這裡先來一段程式碼：
code 1 建立一個User類，用於序列化及反序列化
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 對User進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關知識
1、在Java中，只要一個類別實現了java.io.Serializable接口，那麼它就可以被序列化。
2、透過ObjectOutputStream和ObjectInputStream對物件進行序列化及反序列化
3、虛擬機器是否允許反序列化，不僅取決於類別路徑和功能程式碼是否一致，一個非常重要的一點是兩個類別的序列化ID 是否一致（就是private static final long serialVersionUID）
4、序列化並不保存靜態變數。
5、要想將父類別物件也序列化，就需要讓父類別也實作Serializable 介面。
6、Transient 關鍵字的作用是控制變數的序列化，在變數宣告前加上該關鍵字，可以阻止該變數被序列化到檔案中，在被反序列化後，transient 變量的值被設為初始值，如int 型的是0，物件型的是null。
7、伺服器端向客戶端發送序列化物件數據，物件中有一些資料是敏感的，例如密碼字串等，希望對該密碼欄位在序列化時，進行加密，而客戶端如果擁有解密的金鑰，只有在客戶端進行反序列化時，才可以對密碼進行讀取，這樣可以一定程度保證序列化物件的資料安全。
ArrayList的序列化
在介紹ArrayList序列化之前，先來考慮一個問題：
如何自訂的序列化與反序列化策略
帶著這個問題，我們來看java.util.ArrayList的原始碼
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;
}
筆者省略了其他成員變量，從上面的程式碼可以知道ArrayList實作了java.io.Serializable接口，那麼我們就可以對它進行序列化及反序列化。因為elementData是transient的，所以我們認為這個成員變數不會被序列化而保留下來。我們寫一個Demo，驗證一下我們的想法：
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底層是透過陣列實現的。那麼陣列elementData其實就是用來保存清單中的元素的。透過該屬性的聲明方式我們知道，他是無法透過序列化持久化下來的。那為什麼code 4的結果卻透過序列化和反序列化把List中的元素保留下來了呢？
writeObject和readObject方法
在ArrayList中定義了來個方法： writeObject和readObject。
這裡先給結論:
在序列化過程中，如果被序列化的類別中定義了writeObject 和readObject 方法，虛擬機會試圖呼叫物件類別裡的writeObject 和readObject 方法，進行使用者自訂的序列化和反序列化。
如果沒有這樣的方法，則預設呼叫是 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。
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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