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Java对象序列化全面总结

前言

Java允许我们在内存中创建可复用的Java对象,但一般情况下,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,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 ,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,但性能不是最好的

实例 demo

在Java中,只要一个类实现了 java.io.Serializable 接口,它就可以被序列化(枚举类可以被序列化)。

// Gender类,表示性别
// 每个枚举类型都会默认继承类java.lang.Enum,而Enum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。
public enum Gender {  
    MALE, FEMALE  
} 

// Person 类实现了 Serializable 接口,它包含三个字段。另外,它还重写了该类的 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;  
    }  
 
    // 省略 set get 方法
@Override public String toString() { return "[" + name + ", " + age + ", " + gender + "]"; } }   // SimpleSerial类,是一个简单的序列化程序,它先将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)); // 注意这里使用的是 ObjectOutputStream 对象输出流封装其他的输出流 Person person = new Person("John", 101, Gender.MALE); oout.writeObject(person); oout.close(); ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file)); // 使用对象输入流读取序列化的对象 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]

 

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文件后,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。

简单的来说,Java 对象序列化就是把对象写入到输出流中,用来存储或传输;反序列化就是从输入流中读取对象。

序列化一个对象首先要创造某些OutputStream对象(如FileOutputStream、ByteArrayOutputStream等),然后将其封装在一个ObjectOutputStream对象中,在调用writeObject()方法即可序列化一个对象

反序列化的过程需要创造InputStream对象(如FileInputstream、ByteArrayInputStream等),然后将其封装在ObjectInputStream中,在调用readObject()即可

注意对象的序列化是基于字节的,不能使用基于字符的流。

为什么一个类实现了Serializable接口,它就可以被序列化?

使用ObjectOutputStream来持久化对象到文件中,使用了writeObject方法,该方法又调用了如下方法:

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。

即、String类型的对象、枚举类型的对象、数组对象,都是默认可以被序列化的。

默认序列化机制

如果仅仅让某个类实现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,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。

选择性的序列化

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。

使用 transient 关键字

当类的某个字段被 transient 修饰,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] 

 

使用writeObject()方法与readObject()方法

对于上述已被声明为 transitive 的字段 age,除了将 transient 关键字去掉外,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;  
    ...  
 
    // writeObject()会先调用ObjectOutputStream中的defaultWriteObject()方法,该方法会执行默认的序列化机制,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。
    private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {  
        out.defaultWriteObject();  
        out.writeInt(age);  
    }  
 
    // readObject()的作用则是针对对象的读取,其原理与writeObject()方法相同。
    private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {  
        in.defaultReadObject();  
        age = in.readInt();  
    }  
} 
// 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,使用反射。详情可以看看ObjectOutputStream中的writeSerialData方法,以及ObjectInputStream中的readSerialData方法。这两个方法会在序列化、反序列化的过程中被自动调用。且不能关闭流,否则会导致序列化操作失败。

使用 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。

Java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。Externalizable 接口继承于 Serializable 接口,当使用该接口时,序列化的细节需要由程序员去完成。将Person类作如下修改:

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,会得到如下结果:
arg constructor  
none-arg constructor  
[null, null, null] 
 
// 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,这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,由于实现的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,使用 Externalizable 接口进行序列化时,读取对象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构造器,且它的访问权限为public。

对上述Person类做进一步的修改,使其能够对name与age字段进行序列化,但忽略 gender 字段:

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, 31, null] 

 

readResolve()方法——单例模式的反序列化

当使用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,那么情况可能略有不同。当然目前最好的单例实现方式是使用枚举,如果还是传统的实现方式,才会遇到这个问题。

具体参考:最简单的设计模式——单例模式的演进和推荐写法(Java 版)

序列化和反序列化需要注意的坑

能序列化的前提

如果一个类想被序列化,需要实现 Serializable 接口进行自动序列化,或者实现 Externalizable 接口进行手动序列化,否则强行序列化该类的对象,就会抛出 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(Externalizable也继承了Serializable)。

JVM 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)

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。

FileOutputStream 类有一个带有两个参数的重载 Constructor——FileOutputStream(String, boolean)。若其第二个参数为 true 且 String 代表的文件存在,那么将把新的内容写到原来文件的末尾而非重写这个文件,故不能用这个版本的构造函数来实现序列化,也就是说必须重写这个文件,否则在读取这个文件反序列化的过程中就会抛出异常,导致只有第一次写到这个文件中的对象可以被反序列化,之后程序就会出错。

要知道序列化的是什么样儿的对象(成员)

序列化并不保存静态变量

要想将父类对象也序列化,就需要让父类也实现 Serializable 接口

若一个类的字段有引用对象,那么在序列化该类的时候不仅该类要实现Serializable接口,这个引用类型也要实现Serializable接口。但有时我们并不需要对这个引用类型进行序列化,此时就需要使用transient关键字来修饰该引用类型保证在序列化的过程中跳过该引用类型。

通过序列化操作,可以实现对任何可 Serializable 对象的深度复制(deep copy),这意味着复制的是整个对象的关系网,而不仅仅是基本对象及其引用

如果父类没有实现Serializable接口,但其子类实现了此接口,那么这个子类是可以序列化的,但是在反序列化的过程中会调用父类的无参构造函数,所以在其直接父类(注意是直接父类)中必须有一个无参的构造函数。

序列化的安全性

服务器端给客户端发送序列化对象数据,序列化二进制格式的数据写在文档中,并且完全可逆。一抓包就能就看到类是什么样子,以及它包含什么内容。如果对象中有一些数据是敏感的,比如密码字符串等,则要对字段在序列化时,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。 

比如可以通过使用 writeObject 和 readObject 实现密码加密和签名管理,但其实还有更好的方式。

如果需要对整个对象进行加密和签名,最简单的是将它放在一个 javax.crypto.SealedObject 和/或 java.security.SignedObject 包装器中。两者都是可序列化的,所以将对象包装在 SealedObject 中可以围绕原对象创建一种 “包装盒”。必须有对称密钥才能解密,而且密钥必须单独管理。同样,也可以将 SignedObject 用于数据验证,并且对称密钥也必须单独管理

反序列化后,何时不是同一个对象

只要将对象序列化到单一流中,就可以恢复出与我们写出时一样的对象网,而且只要在同一流中,对象都是同一个。否则,反序列化后的对象地址和原对象地址不同,只是内容相同

如果将一个对象序列化入某文件,那么之后又对这个对象进行修改,然后再把修改的对象重新写入该文件,那么修改无效,文件保存的序列化的对象仍然是最原始的。这是因为,序列化输出过程跟踪了写入流的对象,而试图将同一个对象写入流时,并不会导致该对象被复制,而只是将一个句柄写入流,该句柄指向流中相同对象的第一个对象出现的位置。为了避免这种情况,在后续的 writeObject() 之前调用 out.reset() 方法,这个方法的作用是清除流中保存的写入对象的记录

idea IDE 自动生成序列化版本号

安装 serialVersionUID 插件即可。

序列化版本号的用处

参考 Stack Overflow:https://stackoverflow.com/questions/285793/what-is-a-serialversionuid-and-why-should-i-use-it 

ArrayList 序列化要注意的问题

ArrayList实现了java.io.Serializable接口,但是其 elementData 是 transient 的,但是 ArrayList 是通过数组实现的,数组 elementData 用来保存列表中的元素。通过该属性的声明方式知道该数据无法通过序列化持久化。

但是如果实际测试,就会发现,ArrayList 能被完整的序列化,原因是在writeObject 和 readObject方法中进行了序列化的实现。

这样设计的原因是因为 ArrayList 是动态数组,如果数组自动增长长度设为 2000,而实际只放了一个元素,那就会序列化 1999 个 null 元素,为了保证在序列化的时候不会将这么多 null 元素序列化,ArrayList 把元素数组设置为transient,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,所以,通过重写 writeObject 和 readObject 方法把其中的元素保留下来,具体做法是:

writeObject方法把elementData数组中的元素遍历到ObjectOutputStream

readObject方法从ObjectInputStream中读出对象并保存赋值到elementData数组

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dashuai的博客是终身学习践行者,大厂程序员,且专注于工作经验、学习笔记的分享和日常吐槽,包括但不限于互联网行业,附带分享一些PDF电子书,资料,帮忙内推,欢迎拍砖!

 

posted @ 2019-02-01 21:48  dashuai的博客  阅读(7848)  评论(0编辑  收藏
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