上一篇文章《Java對(duì)象的序列化與反序列化》中，簡(jiǎn)單介紹了Java中對(duì)象的序列化和反序列化的一些基礎(chǔ)知識(shí)?？次哪瞧恼潞?，有小伙伴留言說(shuō)：我終于了解了Java的序列化了。我只想說(shuō)：小伙子，你真的是圖樣圖森破啊 。

通過(guò)那篇文章，讀者可以學(xué)會(huì)如何對(duì)Java對(duì)象進(jìn)行序列化和反序列化。但是，還有些原理性知識(shí)沒(méi)有深入講解。本文，在上一篇文章的基礎(chǔ)上，抽絲剝繭，深入底層原理，主要圍繞以下幾個(gè)問(wèn)題展開(kāi)：

• 怎么實(shí)現(xiàn)Java的序列化？
• 為什么實(shí)現(xiàn)了java.io.Serializable接口才能被序列化？
• transient的作用是什么？
• 如果在序列化中破壞transitent的限制？
• 怎么自定義序列化策略？
• 自定義的序列化策略是如何被調(diào)用的？
• ArrayList對(duì)序列化的實(shí)現(xiàn)有哪些好處？

序列化基礎(chǔ)知識(shí)

關(guān)于序列化的用法及基礎(chǔ)知識(shí)，由于不是本文重點(diǎn)，這里不再詳細(xì)介紹了，詳情請(qǐng)參閱Java對(duì)象的序列化與反序列化。這里只做簡(jiǎn)單回顧。

1、在Java中，只要一個(gè)類實(shí)現(xiàn)了java.io.Serializable接口，那么它就可以被序列化。

2、通過(guò)ObjectOutputStream和ObjectInputStream對(duì)對(duì)象進(jìn)行序列化及反序列化。

3、虛擬機(jī)是否允許反序列化，不僅取決于類路徑和功能代碼是否一致，一個(gè)非常重要的一點(diǎn)是兩個(gè)類的序列化 ID 是否一致（就是 private static final long serialVersionUID）

4、序列化并不保存靜態(tài)變量。

5、要想將父類對(duì)象也序列化，就需要讓父類也實(shí)現(xiàn)Serializable 接口。

6、transient 關(guān)鍵字的作用是控制變量的序列化，在變量聲明前加上該關(guān)鍵字，可以阻止該變量被序列化到文件中，在被反序列化后，transient 變量的值被設(shè)為初始值，如 int 型的是 0，對(duì)象型的是 null。

7、服務(wù)器端給客戶端發(fā)送序列化對(duì)象數(shù)據(jù)，對(duì)象中有一些數(shù)據(jù)是敏感的，比如密碼字符串等，希望對(duì)該密碼字段在序列化時(shí)，進(jìn)行加密，而客戶端如果擁有解密的密鑰，只有在客戶端進(jìn)行反序列化時(shí)，才可以對(duì)密碼進(jìn)行讀取，這樣可以一定程度保證序列化對(duì)象的數(shù)據(jù)安全。

ArrayList的序列化

為了深入的介紹序列化，我們這篇文章準(zhǔn)備從Java源碼中的ArrayList類入手?？纯碕ava自身是如何使用序列化的。在介紹ArrayList序列化之前，先來(lái)考慮一個(gè)問(wèn)題：

“問(wèn)：如何自定義的序列化和反序列化策略？”

帶著這個(gè)問(wèn)題，我們來(lái)看java.util.ArrayList的源碼

code 1

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，從上面的代碼中可以知道ArrayList實(shí)現(xiàn)了java.io.Serializable接口，那么我們就可以對(duì)它進(jìn)行序列化及反序列化。因?yàn)樨?fù)責(zé)保存元素的elementData是transient的，所以我們認(rèn)為這個(gè)成員變量的內(nèi)容不會(huì)被序列化而保留下來(lái)。我們寫一個(gè)Demo，驗(yàn)證一下我們的想法：

code 2

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底層是通過(guò)數(shù)組實(shí)現(xiàn)的。那么數(shù)組elementData其實(shí)就是用來(lái)保存列表中的元素的。通過(guò)該屬性的聲明方式，我們認(rèn)為，他應(yīng)該是無(wú)法通過(guò)序列化持久化下來(lái)的。

“問(wèn)：為什么code 2的結(jié)果卻通過(guò)序列化和反序列化把List中的元素保留下來(lái)了呢？”

writeObject和readObject方法

在ArrayList中定義了來(lái)個(gè)方法： writeObject和readObject。

這里先給出結(jié)論:

• 在序列化過(guò)程中，如果被序列化的類中定義了writeObject 和 readObject 方法，虛擬機(jī)會(huì)試圖調(diào)用對(duì)象類里的 writeObject 和 readObject 方法，進(jìn)行用戶自定義的序列化和反序列化。
• 如果沒(méi)有這樣的方法，則默認(rèn)調(diào)用是 ObjectOutputStream 的 defaultWriteObject 方法以及 ObjectInputStream 的 defaultReadObject 方法。

也就述說(shuō)，用戶自定義的 writeObject 和 readObject 方法可以允許用戶控制序列化的過(guò)程，比如可以在序列化的過(guò)程中動(dòng)態(tài)改變序列化的數(shù)值。我們發(fā)現(xiàn)ArrayList中有這兩個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)，那么基本可以確定，elementData能被序列化持久下來(lái)，肯定和這兩個(gè)方法有關(guān)，雖然他被聲明為transitent，那么我們來(lái)看一下ArrayList類中這兩個(gè)方法的具體實(shí)現(xiàn)：

code 3

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 4

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(); 
       } 
   } 

通過(guò)上面兩段代碼，我們發(fā)現(xiàn)，raedObject方法和writeObjec方法中定義了關(guān)于elementData的序列化策略?，F(xiàn)在，我們可以回答剛剛的問(wèn)題了。

“問(wèn)：為什么code 2的結(jié)果卻通過(guò)序列化和反序列化把List中的元素保留下來(lái)了呢？

答：ArrayList中定義了raedObject和writeObject方法，這兩個(gè)方法中定義了elementData的序列化及反序列化策略。”

那么，問(wèn)題又來(lái)了。

“問(wèn)：為什么ArrayList要用這種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)序列化呢？”

why transient

ArrayList實(shí)際上是動(dòng)態(tài)數(shù)組，每次在放滿以后自動(dòng)增長(zhǎng)設(shè)定的長(zhǎng)度值，如果數(shù)組自動(dòng)增長(zhǎng)長(zhǎng)度設(shè)為100，而實(shí)際只放了一個(gè)元素，那就會(huì)序列化99個(gè)null元素。為了保證在序列化的時(shí)候不會(huì)將這么多null同時(shí)進(jìn)行序列化，ArrayList把元素?cái)?shù)組設(shè)置為transient。

why writeObject and readObject

前面說(shuō)過(guò)，為了防止一個(gè)包含大量空對(duì)象的數(shù)組被序列化，為了優(yōu)化存儲(chǔ)，所以，ArrayList使用transient來(lái)聲明elementData。 但是，作為一個(gè)集合，在序列化過(guò)程中還必須保證其中的元素可以被持久化下來(lái)，所以，通過(guò)重寫writeObject 和 readObject方法的方式把其中的元素保留下來(lái)。

writeObject方法把elementData數(shù)組中的元素遍歷的保存到輸出流（ObjectOutputStream）中。

readObject方法從輸入流（ObjectInputStream）中讀出對(duì)象并保存賦值到elementData數(shù)組中。

至此，我們先試著來(lái)回答剛剛提出的問(wèn)題：

“問(wèn)：為什么ArrayList要用這種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)序列化呢？

答：避免elementData數(shù)組中過(guò)多的無(wú)用的null被序列化。

問(wèn)：如何自定義的序列化和反序列化策略？

答：可以通過(guò)在被序列化的類中增加writeObject 和 readObject方法。”

那么問(wèn)題又來(lái)了，雖然ArrayList中寫了writeObject 和 readObject 方法，但是這兩個(gè)方法并沒(méi)有顯示的被調(diào)用啊。

“問(wèn)：如果一個(gè)類中包含writeObject 和 readObject 方法，那么這兩個(gè)方法是怎么被調(diào)用的呢?”

ObjectOutputStream

從code 4中，我們可以看出，對(duì)象的序列化過(guò)程通過(guò)ObjectOutputStream和ObjectInputputStream來(lái)實(shí)現(xiàn)的，那么帶著剛剛的問(wèn)題，我們來(lái)分析一下ArrayList中的writeObject 和 readObject 方法到底是如何被調(diào)用的呢？

為了節(jié)省篇幅，這里給出ObjectOutputStream的writeObject的調(diào)用棧：

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

這里看一下invokeWriteObject：

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(); 
       } 
   } 

其中writeObjectMethod.invoke();是關(guān)鍵，通過(guò)反射的方式調(diào)用writeObjectMethod方法。官方是這么解釋這個(gè)writeObjectMethod的：

class-defined writeObject method, or null if none 

在我們的例子中，這個(gè)方法就是我們?cè)贏rrayList中定義的writeObject方法。通過(guò)反射的方式被調(diào)用了。

至此，我們先試著來(lái)回答剛剛提出的問(wèn)題：

“問(wèn)：如果一個(gè)類中包含writeObject 和 readObject 方法，那么這兩個(gè)方法是怎么被調(diào)用的?

答：在使用ObjectOutputStream的writeObject方法和ObjectInputStream的readObject方法時(shí)，會(huì)通過(guò)反射的方式調(diào)用。”

至此，我們已經(jīng)介紹完了ArrayList的序列化方式。那么，不知道有沒(méi)有人提出這樣的疑問(wèn)：

“問(wèn)：Serializable明明就是一個(gè)空的接口，它是怎么保證只有實(shí)現(xiàn)了該接口的方法才能進(jìn)行序列化與反序列化的呢？”

Serializable接口的定義：

public interface Serializable { 
 
} 

如果嘗試對(duì)一個(gè)未實(shí)現(xiàn)Serializable接口的類進(jìn)行序列化，會(huì)拋出java.io.NotSerializableException。這是為什么呢？Serializable只是一個(gè)空接口，如何實(shí)現(xiàn)的呢？

其實(shí)這個(gè)問(wèn)題也很好回答，我們?cè)倩氐絼倓侽bjectOutputStream的writeObject的調(diào)用棧：

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

writeObject0方法中有這么一段代碼：

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()); 
       } 
   } 

在進(jìn)行序列化操作時(shí)，會(huì)判斷要被序列化的類是否是Enum、Array和Serializable類型，如果不是則直接拋出NotSerializableException。

“問(wèn)：Serializable明明就是一個(gè)空的接口，它是怎么保證只有實(shí)現(xiàn)了該接口的方法才能進(jìn)行序列化與反序列化的呢？

答：在類的序列化過(guò)程中，會(huì)使用instanceof關(guān)鍵字判斷一個(gè)類是否繼承了Serializable類，如果沒(méi)有，則直接拋出NotSerializableException異常。”

總結(jié)

1、如果一個(gè)類想被序列化，需要實(shí)現(xiàn)Serializable接口。否則將拋出NotSerializableException異常，這是因?yàn)椋谛蛄谢僮鬟^(guò)程中會(huì)對(duì)類型進(jìn)行檢查，要求被序列化的類必須屬于Enum、Array和Serializable類型其中的任何一種。

2、在變量聲明前加上該關(guān)鍵字，可以阻止該變量被序列化到文件中。

3、在類中增加writeObject 和 readObject 方法可以實(shí)現(xiàn)自定義序列化策略。

【本文是51CTO專欄作者Hollis的原創(chuàng)文章，作者微信公眾號(hào)Hollis(ID：hollischuang)】

戳這里，看該作者更多好文