java-深入理解Java对象序列化
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java-深入理解Java对象序列化
尾生 发表于1年前
java-深入理解Java对象序列化
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摘要: 使用Java对象序列化,在保存对象时,会把其状态保存为一组字节,在未来,再将这些字节组装成对象。必须注意地是,对象序列化保存的是对象的"状态",即它的成员变量。由此可知,对象序列化不会关注类中的静态变量。

 1. 什么是Java对象序列化

 

    Java平台允许我们在内存中创建可复用的Java对象,但一般情况下,只有当JVM处于运行时,这些对象才可能存在,即,这些对象的生命周期不会比 JVM的生命周期更长。但在现实应用中,就可能要求在JVM停止运行之后能够保存(持久化)指定的对象,并在将来重新读取被保存的对象。Java对象序列 化就能够帮助我们实现该功能。
    使用Java对象序列化,在保存对象时,会把其状态保存为一组字节,在未来,再将这些字节组装成对象。必须注意地是,对象序列化保存的是对象的"状态",即它的成员变量。由此可知,对象序列化不会关注类中的静态变量。
    除了在持久化对象时会用到对象序列化之外,当使用RMI(远程方法调用),或在网络中传递对象时,都会用到对象序列化。Java序列化API为处理对象序列化提供了一个标准机制,该API简单易用,在本文的后续章节中将会陆续讲到。

2. 简单示例
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。此处将创建一个可序列化的类Person,本文中的所有示例将围绕着该类或其修改版。
    Gender类,是一个枚举类型,表示性别

public enum Gender {
    MALE, FEMALE
}

如果熟悉Java枚举类型的话,应该知道每个枚举类型都会默认继承类java.lang.Enum,而该类实现了Serializable接口,所以枚举类型对象都是默认可以被序列化的。
    Person类,实现了Serializable接口,它包含三个字段:name,String类型;age,Integer类型;gender,Gender类型。另外,还重写该类的toString()方法,以方便打印Person实例中的内容。

public class Person implements Serializable {

    
private String name = null;

    
private Integer age = null;

    
private Gender gender = null;

    
public Person() {
        System.out.println(
"none-arg constructor");
    }

    
public Person(String name, Integer age, Gender gender) {
        System.out.println(
"arg constructor");
        
this.name = name;
        
this.age = age;
        
this.gender = gender;
    }

    
public String getName() {
        
return name;
    }

    
public void setName(String name) {
        
this.name = name;
    }

    
public Integer getAge() {
        
return age;
    }

    
public void setAge(Integer age) {
        
this.age = age;
    }

    
public Gender getGender() {
        
return gender;
    }

    
public void setGender(Gender gender) {
        
this.gender = gender;
    }

    @Override
    
public String toString() {
        
return "[" + name + "" + age + "" + gender + "]";
    }
}

    SimpleSerial,是一个简单的序列化程序,它先将一个Person对象保存到文件person.out中,然后再从该文件中读出被存储的Person对象,并打印该对象。

public class SimpleSerial {

    
public static void main(String[] args) throws Exception {
        File file 
= new File("person.out");

        ObjectOutputStream oout 
= new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
        Person person 
= new Person("John"101, Gender.MALE);
        oout.writeObject(person);
        oout.close();

        ObjectInputStream oin 
= new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        Object newPerson 
= oin.readObject(); // 没有强制转换到Person类型
        oin.close();
        System.out.println(newPerson);
    }
}

上述程序的输出的结果为:

arg constructor
[John, 
31, MALE]

    此时必须注意的是,当重新读取被保存的Person对象时,并没有调用Person的任何构造器,看起来就像是直接使用字节将Person对象还原出来的。
当 Person对象被保存到person.out文件中之后,我们可以在其它地方去读取该文件以还原对象,但必须确保该读取程序的CLASSPATH中包含 有Person.class(哪怕在读取Person对象时并没有显示地使用Person类,如上例所示),否则会抛出 ClassNotFoundException。

3. Serializable的作用
    为什么一个类实现了Serializable接口,它就可以被序列化呢?在上节的示例中,使用ObjectOutputStream来持久化对象,在该类中有如下代码:

private void writeObject0(Object obj, boolean unshared) throws IOException {
    
    
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());
        }
    }
    
}

从上述代码可知,如果被写对象的类型是String,或数组,或Enum,或Serializable,那么就可以对该对象进行序列化,否则将抛出NotSerializableException。

4. 默认序列化机制
    如果仅仅只是让某个类实现Serializable接口,而没有其它任何处理的话,则就是使用默认序列化机制。使用默认机制,在序列化对象时,不仅会序列 化当前对象本身,还会对该对象引用的其它对象也进行序列化,同样地,这些其它对象引用的另外对象也将被序列化,以此类推。所以,如果一个对象包含的成员变 量是容器类对象,而这些容器所含有的元素也是容器类对象,那么这个序列化的过程就会较复杂,开销也较大。

5. 影响序列化
    在现实应用中,有些时候不能使用默认序列化机制。比如,希望在序列化过程中忽略掉敏感数据,或者简化序列化过程。下面将介绍若干影响序列化的方法。

5.1 transient关键字
    当某个字段被声明为transient后,默认序列化机制就会忽略该字段。此处将Person类中的age字段声明为transient,如下所示,

public class Person implements Serializable {
    
    
transient private Integer age = null;
    
}

再执行SimpleSerial应用程序,会有如下输出:

arg constructor
[John, 
null, MALE]

可见,age字段未被序列化。

5.2 writeObject()方法与readObject()方法
    对于上述已被声明为transitive的字段age,除了将transitive关键字去掉之外,是否还有其它方法能使它再次可被序列化?方法之一就是在Person类中添加两个方法:writeObject()与readObject(),如下所示:

public class Person implements Serializable {
    
    
transient private Integer age = null;
    

    
private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
        out.defaultWriteObject();
        out.writeInt(age);
    }

    
private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
        in.defaultReadObject();
        age 
= in.readInt();
    }
}

在 writeObject()方法中会先调用ObjectOutputStream中的defaultWriteObject()方法,该方法会执行默认的 序列化机制,如5.1节所述,此时会忽略掉age字段。然后再调用writeInt()方法显示地将age字段写入到 ObjectOutputStream中。readObject()的作用则是针对对象的读取,其原理与writeObject()方法相同。
    再次执行SimpleSerial应用程序,则又会有如下输出:

arg constructor
[John, 
31, MALE]

必 须注意地是,writeObject()与readObject()都是private方法,那么它们是如何被调用的呢?毫无疑问,是使用反射。详情可见 ObjectOutputStream中的writeSerialData方法,以及ObjectInputStream中的 readSerialData方法。

5.3 Externalizable接口
    无论是使用transient关键字,还是使用writeObject()和readObject()方法,其实都是基于Serializable接口的 序列化。JDK中提供了另一个序列化接口--Externalizable,使用该接口之后,之前基于Serializable接口的序列化机制就将失 效。此时将Person类修改成如下,

public class Person implements Externalizable {

    
private String name = null;

    
transient private Integer age = null;

    
private Gender gender = null;

    
public Person() {
        System.out.println(
"none-arg constructor");
    }

    
public Person(String name, Integer age, Gender gender) {
        System.out.println(
"arg constructor");
        
this.name = name;
        
this.age = age;
        
this.gender = gender;
    }

    
private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
        out.defaultWriteObject();
        out.writeInt(age);
    }

    
private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
        in.defaultReadObject();
        age 
= in.readInt();
    }

    @Override
    
public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {

    }

    @Override
    
public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {

    }
    
}

此时再执行SimpleSerial程序之后会得到如下结果:

arg constructor
none
-arg constructor
[
nullnullnull]

从该结果,一方面可以看出Person对象中任何一个字段都没有被序列化。另一方面,如果细心的话,还可以发现这此次序列化过程调用了Person类的无参构造器。
    Externalizable继承于Serializable,当使用该接口时,序列化的细节需要由程序员去完成。如上所示的代码,由于 writeExternal()与readExternal()方法未作任何处理,那么该序列化行为将不会保存/读取任何一个字段。这也就是为什么输出结 果中所有字段的值均为空。
    另外,若使用Externalizable进行序列化,当读取对象时,会调用被序列化类的无参构造器去创建一个新的对象,然后再将被保存对象的字段的值分 别填充到新对象中。这就是为什么在此次序列化过程中Person类的无参构造器会被调用。由于这个原因,实现Externalizable接口的类必须要 提供一个无参的构造器,且它的访问权限为public。
    对上述Person类作进一步的修改,使其能够对name与age字段进行序列化,但要忽略掉gender字段,如下代码所示:

public class Person implements Externalizable {

    
private String name = null;

    
transient private Integer age = null;

    
private Gender gender = null;

    
public Person() {
        System.out.println(
"none-arg constructor");
    }

    
public Person(String name, Integer age, Gender gender) {
        System.out.println(
"arg constructor");
        
this.name = name;
        
this.age = age;
        
this.gender = gender;
    }

    
private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
        out.defaultWriteObject();
        out.writeInt(age);
    }

    
private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
        in.defaultReadObject();
        age 
= in.readInt();
    }

    @Override
    
public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
        out.writeObject(name);
        out.writeInt(age);
    }

    @Override
    
public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
        name 
= (String) in.readObject();
        age 
= in.readInt();
    }
    
}

执行SimpleSerial之后会有如下结果:

arg constructor
none
-arg constructor
[John, 
31null]


5.4 readResolve()方法
    当我们使用Singleton模式时,应该是期望某个类的实例应该是唯一的,但如果该类是可序列化的,那么情况可能会略有不同。此时对第2节使用的Person类进行修改,使其实现Singleton模式,如下所示:

public class Person implements Serializable {

    
private static class InstanceHolder {
        
private static final Person instatnce = new Person("John"31, Gender.MALE);
    }

    
public static Person getInstance() {
        
return InstanceHolder.instatnce;
    }

    
private String name = null;

    
private Integer age = null;

    
private Gender gender = null;

    
private Person() {
        System.out.println(
"none-arg constructor");
    }

    
private Person(String name, Integer age, Gender gender) {
        System.out.println(
"arg constructor");
        
this.name = name;
        
this.age = age;
        
this.gender = gender;
    }
    
}

同时要修改SimpleSerial应用,使得能够保存/获取上述单例对象,并进行对象相等性比较,如下代码所示:

public class SimpleSerial {

    
public static void main(String[] args) throws Exception {
        File file 
= new File("person.out");
        ObjectOutputStream oout 
= new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
        oout.writeObject(Person.getInstance()); 
// 保存单例对象
        oout.close();

        ObjectInputStream oin 
= new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        Object newPerson 
= oin.readObject();
        oin.close();
        System.out.println(newPerson);

        System.out.println(Person.getInstance() 
== newPerson); // 将获取的对象与Person类中的单例对象进行相等性比较
    }
}

执行上述应用程序后会得到如下结果:

arg constructor
[John, 
31, MALE]
false

值得注意的是,从文件person.out中获取的Person对象与Person类中的单例对象并不相等。为了能在序列化过程仍能保持单例的特性,可以在Person类中添加一个readResolve()方法,在该方法中直接返回Person的单例对象,如下所示:

public class Person implements Serializable {

    
private static class InstanceHolder {
        
private static final Person instatnce = new Person("John"31, Gender.MALE);
    }

    
public static Person getInstance() {
        
return InstanceHolder.instatnce;
    }

    
private String name = null;

    
private Integer age = null;

    
private Gender gender = null;

    
private Person() {
        System.out.println(
"none-arg constructor");
    }

    
private Person(String name, Integer age, Gender gender) {
        System.out.println(
"arg constructor");
        
this.name = name;
        
this.age = age;
        
this.gender = gender;
    }

    
private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
        
return InstanceHolder.instatnce;
    }
    
}

再次执行本节的SimpleSerial应用后将有如下输出:

arg constructor
[John, 
31, MALE]
true

    无论是实现Serializable接口,或是Externalizable接口,当从I/O流中读取对象时,readResolve()方法都会被调用 到。实际上就是用readResolve()中返回的对象直接替换在反序列化过程中创建的对象,而被创建的对象则会被垃圾回收掉。

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