Java程序員必備：序列化全方位解析
前言
相信大家日常開(kāi)發(fā)中，經(jīng)?？吹絁ava對(duì)象“implements Serializable”。那么，它到底有什么用呢?本文從以下幾個(gè)角度來(lái)解析序列這一塊知識(shí)點(diǎn)~
- 什么是Java序列化?
- 為什么需要序列化?
- 序列化用途
- Java序列化常用API
- 序列化的使用
- 序列化底層
- 日常開(kāi)發(fā)序列化的注意點(diǎn)
- 序列化常見(jiàn)面試題
一、什么是Java序列化?
- 序列化：把Java對(duì)象轉(zhuǎn)換為字節(jié)序列的過(guò)程
- 反序列：把字節(jié)序列恢復(fù)為Java對(duì)象的過(guò)程
二、為什么需要序列化?
Java對(duì)象是運(yùn)行在JVM的堆內(nèi)存中的，如果JVM停止后，它的生命也就戛然而止。
如果想在JVM停止后，把這些對(duì)象保存到磁盤(pán)或者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅硪贿h(yuǎn)程機(jī)器，怎么辦呢?磁盤(pán)這些硬件可不認(rèn)識(shí)Java對(duì)象，它們只認(rèn)識(shí)二進(jìn)制這些機(jī)器語(yǔ)言，所以我們就要把這些對(duì)象轉(zhuǎn)化為字節(jié)數(shù)組，這個(gè)過(guò)程就是序列化啦~
打個(gè)比喻，作為大城市漂泊的碼農(nóng)，搬家是常態(tài)。當(dāng)我們搬書(shū)桌時(shí)，桌子太大了就通不過(guò)比較小的門(mén)，因此我們需要把它拆開(kāi)再搬過(guò)去，這個(gè)拆桌子的過(guò)程就是序列化。而我們把書(shū)桌復(fù)原回來(lái)(安裝)的過(guò)程就是反序列化啦。
三、序列化用途
序列化使得對(duì)象可以脫離程序運(yùn)行而獨(dú)立存在，它主要有兩種用途：
（1）序列化機(jī)制可以讓對(duì)象地保存到硬盤(pán)上，減輕內(nèi)存壓力的同時(shí)，也起了持久化的作用;
比如 Web服務(wù)器中的Session對(duì)象，當(dāng)有 10+萬(wàn)用戶并發(fā)訪問(wèn)的，就有可能出現(xiàn)10萬(wàn)個(gè)Session對(duì)象，內(nèi)存可能消化不良，于是Web容器就會(huì)把一些seesion先序列化到硬盤(pán)中，等要用了，再把保存在硬盤(pán)中的對(duì)象還原到內(nèi)存中。
（2）序列化機(jī)制讓Java對(duì)象在網(wǎng)絡(luò)傳輸不再是天方夜譚。
我們?cè)谑褂肈ubbo遠(yuǎn)程調(diào)用服務(wù)框架時(shí)，需要把傳輸?shù)腏ava對(duì)象實(shí)現(xiàn)Serializable接口，即讓Java對(duì)象序列化，因?yàn)檫@樣才能讓對(duì)象在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。
四、Java序列化常用API
- java.io.ObjectOutputStream
- java.io.ObjectInputStream
- java.io.Serializable
- java.io.Externalizable
Serializable 接口
Serializable接口是一個(gè)標(biāo)記接口，沒(méi)有方法或字段。一旦實(shí)現(xiàn)了此接口，就標(biāo)志該類的對(duì)象就是可序列化的。
- public interface Serializable {
- }
Externalizable 接口
Externalizable繼承了Serializable接口，還定義了兩個(gè)抽象方法：writeExternal()和readExternal()，如果開(kāi)發(fā)人員使用Externalizable來(lái)實(shí)現(xiàn)序列化和反序列化，需要重寫(xiě)writeExternal()和readExternal()方法
- public interface Externalizable extends java.io.Serializable {
- void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException;
- void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException;
- }
java.io.ObjectOutputStream類
表示對(duì)象輸出流，它的writeObject(Object obj)方法可以對(duì)指定obj對(duì)象參數(shù)進(jìn)行序列化，再把得到的字節(jié)序列寫(xiě)到一個(gè)目標(biāo)輸出流中。
java.io.ObjectInputStream
表示對(duì)象輸入流，它的readObject()方法，從輸入流中讀取到字節(jié)序列，反序列化成為一個(gè)對(duì)象，最后將其返回。
五、序列化的使用
序列化如何使用?來(lái)看一下，序列化的使用的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)吧：
- 聲明一個(gè)實(shí)體類，實(shí)現(xiàn)Serializable接口
- 使用ObjectOutputStream類的writeObject方法，實(shí)現(xiàn)序列化
- 使用ObjectInputStream類的readObject方法，實(shí)現(xiàn)反序列化
聲明一個(gè)Student類，實(shí)現(xiàn)Serializable
- public class Student implements Serializable {
- private Integer age;
- private String name;
- public Integer getAge() {
- return age;
- }
- public void setAge(Integer age) {
- this.age = age;
- }
- public String getName() {
- return name;
- }
- public void setName(String name) {
- this.name = name;
- }
- }
使用ObjectOutputStream類的writeObject方法，對(duì)Student對(duì)象實(shí)現(xiàn)序列化
把Student對(duì)象設(shè)置值后，寫(xiě)入一個(gè)文件，即序列化，哈哈
- ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream( new FileOutputStream("D:\\text.out"));
- Student student = new Student();
- student.setAge(25);
- student.setName("jayWei");
- objectOutputStream.writeObject(student);
- objectOutputStream.flush();
- objectOutputStream.close();
看看序列化的可愛(ài)模樣吧，test.out文件內(nèi)容如下(使用UltraEdit打開(kāi))：
使用ObjectInputStream類的readObject方法，實(shí)現(xiàn)反序列化，重新生成student對(duì)象
再把test.out文件讀取出來(lái)，反序列化為Student對(duì)象
- ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("D:\\text.out"));
- Student student = (Student) objectInputStream.readObject();
- System.out.println("name="+student.getName());
六、序列化底層
Serializable底層
Serializable接口，只是一個(gè)空的接口，沒(méi)有方法或字段，為什么這么神奇，實(shí)現(xiàn)了它就可以讓對(duì)象序列化了?
- public interface Serializable {
- }
為了驗(yàn)證Serializable的作用，把以上demo的Student對(duì)象，去掉實(shí)現(xiàn)Serializable接口，看序列化過(guò)程怎樣吧。
序列化過(guò)程中拋出異常啦，堆棧信息如下：
- Exception in thread "main" java.io.NotSerializableException: com.example.demo.Student
- at java.io.ObjectOutputStream.writeObject0(ObjectOutputStream.java:1184)
- at java.io.ObjectOutputStream.writeObject(ObjectOutputStream.java:348)
- at com.example.demo.Test.main(Test.java:13)
順著堆棧信息看一下，原來(lái)有重大發(fā)現(xiàn)，如下：
原來(lái)底層是這樣：ObjectOutputStream 在序列化的時(shí)候，會(huì)判斷被序列化的Object是哪一種類型，String?array?enum?還是 Serializable，如果都不是的話，拋出 NotSerializableException異常。所以呀，Serializable真的只是一個(gè)標(biāo)志，一個(gè)序列化標(biāo)志。
writeObject(Object)
序列化的方法就是writeObject，基于以上的demo，我們來(lái)分析一波它的核心方法調(diào)用鏈吧~(建議大家也去debug看一下這個(gè)方法，感興趣的話)
writeObject直接調(diào)用的就是writeObject0()方法，
- public final void writeObject(Object obj) throws IOException {
- ......
- writeObject0(obj, false);
- ......
- }
writeObject0 主要實(shí)現(xiàn)是對(duì)象的不同類型，調(diào)用不同的方法寫(xiě)入序列化數(shù)據(jù)，這里面如果對(duì)象實(shí)現(xiàn)了Serializable接口，就調(diào)用writeOrdinaryObject()方法。
- private void writeObject0(Object obj, boolean unshared)
- throws IOException
- {
- ......
- //String類型
- if (obj instanceof String) {
- writeString((String) obj, unshared);
- //數(shù)組類型
- } else if (cl.isArray()) {
- writeArray(obj, desc, unshared);
- //枚舉類型
- } else if (obj instanceof Enum) {
- writeEnum((Enum<?>) obj, desc, unshared);
- //Serializable實(shí)現(xiàn)序列化接口
- } else if (obj instanceof Serializable) {
- writeOrdinaryObject(obj, desc, unshared);
- } else{
- //其他情況會(huì)拋異常~
- if (extendedDebugInfo) {
- throw new NotSerializableException(
- cl.getName() + "\n" + debugInfoStack.toString());
- } else {
- throw new NotSerializableException(cl.getName());
- }
- }
- ......
writeOrdinaryObject()會(huì)先調(diào)用writeClassDesc(desc)，寫(xiě)入該類的生成信息，然后調(diào)用writeSerialData方法，寫(xiě)入序列化數(shù)據(jù)。
- private void writeSerialData(Object obj, ObjectStreamClass desc)
- throws IOException
- {
- for (int i = 0; i < slots.length; i++) {
- if (slotDesc.hasWriteObjectMethod()) {
- //如果被序列化的對(duì)象自定義實(shí)現(xiàn)了writeObject()方法，則執(zhí)行這個(gè)代碼塊
- slotDesc.invokeWriteObject(obj, this);
- } else {
- // 調(diào)用默認(rèn)的方法寫(xiě)入實(shí)例數(shù)據(jù)
- defaultWriteFields(obj, slotDesc);
- }
- }
- }
writeSerialData()實(shí)現(xiàn)的就是寫(xiě)入被序列化對(duì)象的字段數(shù)據(jù)，它會(huì)調(diào)用defaultWriteFields方法。
- private void writeSerialData(Object obj, ObjectStreamClass desc)
- throws IOException
- {
- for (int i = 0; i < slots.length; i++) {
- if (slotDesc.hasWriteObjectMethod()) {
- //如果被序列化的對(duì)象自定義實(shí)現(xiàn)了writeObject()方法，則執(zhí)行這個(gè)代碼塊
- slotDesc.invokeWriteObject(obj, this);
- } else {
- // 調(diào)用默認(rèn)的方法寫(xiě)入實(shí)例數(shù)據(jù)
- defaultWriteFields(obj, slotDesc);
- }
- }
- }
defaultWriteFields()方法，獲取類的基本數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)，直接寫(xiě)入底層字節(jié)容器;獲取類的obj類型數(shù)據(jù)，循環(huán)遞歸調(diào)用writeObject0()方法，寫(xiě)入數(shù)據(jù)。
- private void defaultWriteFields(Object obj, ObjectStreamClass desc)
- throws IOException
- {
- // 獲取類的基本數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)，保存到primVals字節(jié)數(shù)組
- desc.getPrimFieldValues(obj, primVals);
- //primVals的基本類型數(shù)據(jù)寫(xiě)到底層字節(jié)容器
- bout.write(primVals, 0, primDataSize, false);
- // 獲取對(duì)應(yīng)類的所有字段對(duì)象
- ObjectStreamField[] fields = desc.getFields(false);
- Object[] objVals = new Object[desc.getNumObjFields()];
- int numPrimFields = fields.length - objVals.length;
- // 獲取類的obj類型數(shù)據(jù)，保存到objVals字節(jié)數(shù)組
- desc.getObjFieldValues(obj, objVals);
- //對(duì)所有Object類型的字段,循環(huán)
- for (int i = 0; i < objVals.length; i++) {
- ......
- //遞歸調(diào)用writeObject0()方法，寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)
- writeObject0(objVals[i],
- fields[numPrimFields + i].isUnshared());
- ......
- }
- }
七、日常開(kāi)發(fā)序列化的一些注意點(diǎn)
- static靜態(tài)變量和transient 修飾的字段是不會(huì)被序列化的
- serialVersionUID問(wèn)題
- 如果某個(gè)序列化類的成員變量是對(duì)象類型，則該對(duì)象類型的類必須實(shí)現(xiàn)序列化
- 子類實(shí)現(xiàn)了序列化，父類沒(méi)有實(shí)現(xiàn)序列化，父類中的字段會(huì)丟失~
static靜態(tài)變量和transient 修飾的字段是不會(huì)被序列化的
static靜態(tài)變量和transient 修飾的字段是不會(huì)被序列化的,我們來(lái)看例子分析一波~ Student類加了一個(gè)類變量gender和一個(gè)transient修飾的字段specialty
- public class Student implements Serializable {
- private Integer age;
- private String name;
- public static String gender = "男";
- transient String specialty = "計(jì)算機(jī)專業(yè)";
- public String getSpecialty() {
- return specialty;
- }
- public void setSpecialty(String specialty) {
- this.specialty = specialty;
- }
- @Override
- public String toString() {
- return "Student{" +"age=" + age + ", name='" + name + '\'' + ", gender='" + gender + '\'' + ", specialty='" + specialty + '\'' +
- '}';
- }
- ......
打印學(xué)生對(duì)象，序列化到文件，接著修改靜態(tài)變量的值，再反序列化，輸出反序列化后的對(duì)象~
運(yùn)行結(jié)果：
- 序列化前Student{age=25, name='jayWei', gender='男', specialty='計(jì)算機(jī)專業(yè)'}
- 序列化后Student{age=25, name='jayWei', gender='女', specialty='null'}
對(duì)比結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：
（1）序列化前的靜態(tài)變量性別明明是‘男’，序列化后再在程序中修改，反序列化后卻變成‘女’了，what?顯然這個(gè)靜態(tài)屬性并沒(méi)有進(jìn)行序列化。其實(shí)，靜態(tài)(static)成員變量是屬于類級(jí)別的，而序列化是針對(duì)對(duì)象的~所以不能序列化哦。
（2）經(jīng)過(guò)序列化和反序列化過(guò)程后，specialty字段變量值由'計(jì)算機(jī)專業(yè)'變?yōu)榭樟?，為什么?其實(shí)是因?yàn)閠ransient關(guān)鍵字，它可以阻止修飾的字段被序列化到文件中，在被反序列化后，transient 字段的值被設(shè)為初始值，比如int型的值會(huì)被設(shè)置為 0，對(duì)象型初始值會(huì)被設(shè)置為null。
serialVersionUID問(wèn)題
serialVersionUID 表面意思就是序列化版本號(hào)ID，其實(shí)每一個(gè)實(shí)現(xiàn)Serializable接口的類，都有一個(gè)表示序列化版本標(biāo)識(shí)符的靜態(tài)變量，或者默認(rèn)等于1L，或者等于對(duì)象的哈希碼。
- private static final long serialVersionUID = -6384871967268653799L;
serialVersionUID有什么用?
JAVA序列化的機(jī)制是通過(guò)判斷類的serialVersionUID來(lái)驗(yàn)證版本是否一致的。在進(jìn)行反序列化時(shí)，JVM會(huì)把傳來(lái)的字節(jié)流中的serialVersionUID和本地相應(yīng)實(shí)體類的serialVersionUID進(jìn)行比較，如果相同，反序列化成功，如果不相同，就拋出InvalidClassException異常。
接下來(lái)，我們來(lái)驗(yàn)證一下吧，修改一下Student類，再反序列化操作：
- Exception in thread "main" java.io.InvalidClassException: com.example.demo.Student;
- local class incompatible: stream classdesc serialVersionUID = 3096644667492403394,
- local class serialVersionUID = 4429793331949928814
- at java.io.ObjectStreamClass.initNonProxy(ObjectStreamClass.java:687)
- at java.io.ObjectInputStream.readNonProxyDesc(ObjectInputStream.java:1876)
- at java.io.ObjectInputStream.readClassDesc(ObjectInputStream.java:1745)
- at java.io.ObjectInputStream.readOrdinaryObject(ObjectInputStream.java:2033)
- at java.io.ObjectInputStream.readObject0(ObjectInputStream.java:1567)
- at java.io.ObjectInputStream.readObject(ObjectInputStream.java:427)
- at com.example.demo.Test.main(Test.java:20)
從日志堆棧異常信息可以看到，文件流中的class和當(dāng)前類路徑中的class不同了，它們的serialVersionUID不相同，所以反序列化拋出InvalidClassException異常。那么，如果確實(shí)需要修改Student類，又想反序列化成功，怎么辦呢?可以手動(dòng)指定serialVersionUID的值，一般可以設(shè)置為1L，或者讓我們的編輯器IDE生成。
- private static final long serialVersionUID = -6564022808907262054L;
實(shí)際上，阿里開(kāi)發(fā)手冊(cè)，強(qiáng)制要求序列化類新增屬性時(shí)，不能修改serialVersionUID字段。
如果某個(gè)序列化類的成員變量是對(duì)象類型，則該對(duì)象類型的類必須實(shí)現(xiàn)序列化。
給Student類添加一個(gè)Teacher類型的成員變量，其中Teacher是沒(méi)有實(shí)現(xiàn)序列化接口的。
- public class Student implements Serializable {
- private Integer age;
- private String name;
- private Teacher teacher;
- ...
- }
- //Teacher 沒(méi)有實(shí)現(xiàn)
- public class Teacher {
- ......
- }
序列化運(yùn)行，就報(bào)NotSerializableException異常啦。
- Exception in thread "main" java.io.NotSerializableException: com.example.demo.Teacher
- at java.io.ObjectOutputStream.writeObject0(ObjectOutputStream.java:1184)
- at java.io.ObjectOutputStream.defaultWriteFields(ObjectOutputStream.java:1548)
- at java.io.ObjectOutputStream.writeSerialData(ObjectOutputStream.java:1509)
- at java.io.ObjectOutputStream.writeOrdinaryObject(ObjectOutputStream.java:1432)
- at java.io.ObjectOutputStream.writeObject0(ObjectOutputStream.java:1178)
- at java.io.ObjectOutputStream.writeObject(ObjectOutputStream.java:348)
- at com.example.demo.Test.main(Test.java:16)
其實(shí)這個(gè)可以在上小節(jié)的底層源碼分析找到答案，一個(gè)對(duì)象序列化過(guò)程，會(huì)循環(huán)調(diào)用它的Object類型字段，遞歸調(diào)用序列化的，也就是說(shuō)，序列化Student類的時(shí)候，會(huì)對(duì)Teacher類進(jìn)行序列化，但是對(duì)Teacher沒(méi)有實(shí)現(xiàn)序列化接口，因此拋出NotSerializableException異常。所以如果某個(gè)序列化類的成員變量是對(duì)象類型，則該對(duì)象類型的類必須實(shí)現(xiàn)序列化。
子類實(shí)現(xiàn)了Serializable，父類沒(méi)有實(shí)現(xiàn)Serializable接口的話，父類不會(huì)被序列化。
子類Student實(shí)現(xiàn)了Serializable接口，父類User沒(méi)有實(shí)現(xiàn)Serializable接口。
- //父類實(shí)現(xiàn)了Serializable接口
- public class Student extends User implements Serializable {
- private Integer age;
- private String name;
- }
- //父類沒(méi)有實(shí)現(xiàn)Serializable接口
- public class User {
- String userId;
- }
- Student student = new Student();
- student.setAge(25);
- student.setName("jayWei");
- student.setUserId("1");
- ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D:\\text.out"));
- objectOutputStream.writeObject(student);
- objectOutputStream.flush();
- objectOutputStream.close();
- //反序列化結(jié)果
- ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("D:\\text.out"));
- Student student1 = (Student) objectInputStream.readObject();
- System.out.println(student1.getUserId());
- //output
- /**
- * null
- */
從反序列化結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，父類屬性值丟失了。因此子類實(shí)現(xiàn)了Serializable接口，父類沒(méi)有實(shí)現(xiàn)Serializable接口的話，父類不會(huì)被序列化。
八、序列化常見(jiàn)面試題
- 序列化的底層是怎么實(shí)現(xiàn)的?
- 序列化時(shí)，如何讓某些成員不要序列化?
- 在 Java 中,Serializable 和 Externalizable 有什么區(qū)別
- serialVersionUID有什么用?
- 是否可以自定義序列化過(guò)程, 或者是否可以覆蓋 Java 中的默認(rèn)序列化過(guò)程?
- 在 Java 序列化期間,哪些變量未序列化?
1.序列化的底層是怎么實(shí)現(xiàn)的?
本文第六小節(jié)可以回答這個(gè)問(wèn)題，如回答Serializable關(guān)鍵字作用，序列化標(biāo)志啦，源碼中，它的作用啦~還有，可以回答writeObject幾個(gè)核心方法，如直接寫(xiě)入基本類型，獲取obj類型數(shù)據(jù)，循環(huán)遞歸寫(xiě)入，哈哈~
2.序列化時(shí)，如何讓某些成員不要序列化?
可以用transient關(guān)鍵字修飾，它可以阻止修飾的字段被序列化到文件中，在被反序列化后，transient 字段的值被設(shè)為初始值，比如int型的值會(huì)被設(shè)置為 0，對(duì)象型初始值會(huì)被設(shè)置為null。
3.在Java中,Serializable 和 Externalizable 有什么區(qū)別
Externalizable繼承了Serializable，給我們提供 writeExternal() 和 readExternal() 方法, 讓我們可以控制 Java的序列化機(jī)制, 不依賴于Java的默認(rèn)序列化。正確實(shí)現(xiàn) Externalizable 接口可以顯著提高應(yīng)用程序的性能。
4.serialVersionUID有什么用?
可以看回本文第七小節(jié)哈，JAVA序列化的機(jī)制是通過(guò)判斷類的serialVersionUID來(lái)驗(yàn)證版本是否一致的。在進(jìn)行反序列化時(shí)，JVM會(huì)把傳來(lái)的字節(jié)流中的serialVersionUID和本地相應(yīng)實(shí)體類的serialVersionUID進(jìn)行比較，如果相同，反序列化成功，如果不相同，就拋出InvalidClassException異常。
5.是否可以自定義序列化過(guò)程, 或者是否可以覆蓋 Java 中的默認(rèn)序列化過(guò)程?
可以的。我們都知道,對(duì)于序列化一個(gè)對(duì)象需調(diào)用 ObjectOutputStream.writeObject(saveThisObject), 并用 ObjectInputStream.readObject() 讀取對(duì)象, 但 Java 虛擬機(jī)為你提供的還有一件事, 是定義這兩個(gè)方法。如果在類中定義這兩種方法, 則 JVM 將調(diào)用這兩種方法, 而不是應(yīng)用默認(rèn)序列化機(jī)制。同時(shí)，可以聲明這些方法為私有方法，以避免被繼承、重寫(xiě)或重載。
6.在Java序列化期間，哪些變量未序列化?
static靜態(tài)變量和transient 修飾的字段是不會(huì)被序列化的。靜態(tài)(static)成員變量是屬于類級(jí)別的，而序列化是針對(duì)對(duì)象的。transient關(guān)鍵字修飾字段，可以阻止該字段被序列化到文件中。
