深入理解Java對象序列化

作者：Sha Jiang 2012-02-14 10:29:02

關(guān)于Java序列化的文章早已是汗牛充棟了，本文是對我個(gè)人過往學(xué)習(xí)，理解及應(yīng)用Java序列化的一個(gè)總結(jié)。此文內(nèi)容涉及Java序列化的基本原理，以及多種方法對序列化形式進(jìn)行定制。

關(guān)于Java序列化的文章早已是汗牛充棟了，本文是對我個(gè)人過往學(xué)習(xí)，理解及應(yīng)用Java序列化的一個(gè)總結(jié)。此文內(nèi)容涉及Java序列化的基本原理，以及多種方法對序列化形式進(jìn)行定制。在撰寫本文時(shí)，既參考了Thinking in Java, Effective Java，JavaWorld，developerWorks中的相關(guān)文章和其它網(wǎng)絡(luò)資料，也加入了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與理解，文、碼并茂，希望對大家有所幫助。(持續(xù)更新中，2012.02.13最后更新)

1. 什么是Java對象序列化

Java平臺(tái)允許我們在內(nèi)存中創(chuàng)建可復(fù)用的Java對象，但一般情況下，只有當(dāng)JVM處于運(yùn)行時(shí)，這些對象才可能存在，即，這些對象的生命周期不會(huì)比JVM的生命周期更長。但在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，就可能要求在JVM停止運(yùn)行之后能夠保存(持久化)指定的對象，并在將來重新讀取被保存的對象。Java對象序列化就能夠幫助我們實(shí)現(xiàn)該功能。

使用Java對象序列化，在保存對象時(shí)，會(huì)把其狀態(tài)保存為一組字節(jié)，在未來，再將這些字節(jié)組裝成對象。必須注意地是，對象序列化保存的是對象的"狀態(tài)"，即它的成員變量。由此可知，對象序列化不會(huì)關(guān)注類中的靜態(tài)變量。

除了在持久化對象時(shí)會(huì)用到對象序列化之外，當(dāng)使用RMI(遠(yuǎn)程方法調(diào)用)，或在網(wǎng)絡(luò)中傳遞對象時(shí)，都會(huì)用到對象序列化。Java序列化API為處理對象序列化提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制，該API簡單易用，在本文的后續(xù)章節(jié)中將會(huì)陸續(xù)講到。

2. 簡單示例

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。此處將創(chuàng)建一個(gè)可序列化的類Person，本文中的所有示例將圍繞著該類或其修改版。

Gender類，是一個(gè)枚舉類型，表示性別

public enum Gender {  
    MALE, FEMALE  
}

如果熟悉Java枚舉類型的話，應(yīng)該知道每個(gè)枚舉類型都會(huì)默認(rèn)繼承類java.lang.Enum，而該類實(shí)現(xiàn)了Serializable接口，所以枚舉類型對象都是默認(rèn)可以被序列化的。

Person類，實(shí)現(xiàn)了Serializable接口，它包含三個(gè)字段：name，String類型；age，Integer類型；gender，Gender類型。另外，還重寫該類的toString()方法，以方便打印Person實(shí)例中的內(nèi)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，是一個(gè)簡單的序列化程序，它先將一個(gè)Person對象保存到文件person.out中，然后再從該文件中讀出被存儲(chǔ)的Person對象，并打印該對象。

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(); // 沒有強(qiáng)制轉(zhuǎn)換到Person類型  
        oin.close();  
        System.out.println(newPerson);  
    }  
}

上述程序的輸出的結(jié)果為：

arg constructor  
[John, 31, MALE]

此時(shí)必須注意的是，當(dāng)重新讀取被保存的Person對象時(shí)，并沒有調(diào)用Person的任何構(gòu)造器，看起來就像是直接使用字節(jié)將Person對象還原出來的。

當(dāng)Person對象被保存到person.out文件中之后，我們可以在其它地方去讀取該文件以還原對象，但必須確保該讀取程序的CLASSPATH中包含有Person.class(哪怕在讀取Person對象時(shí)并沒有顯示地使用Person類，如上例所示)，否則會(huì)拋出ClassNotFoundException。

3. Serializable的作用

為什么一個(gè)類實(shí)現(xiàn)了Serializable接口，它就可以被序列化呢？在上節(jié)的示例中，使用ObjectOutputStream來持久化對象，在該類中有如下代碼：

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());  
        }  
    }  
    ...  
}

從上述代碼可知，如果被寫對象的類型是String，或數(shù)組，或Enum，或Serializable，那么就可以對該對象進(jìn)行序列化，否則將拋出NotSerializableException。

4. 默認(rèn)序列化機(jī)制

如果僅僅只是讓某個(gè)類實(shí)現(xiàn)Serializable接口，而沒有其它任何處理的話，則就是使用默認(rèn)序列化機(jī)制。使用默認(rèn)機(jī)制，在序列化對象時(shí)，不僅會(huì)序列化當(dāng)前對象本身，還會(huì)對該對象引用的其它對象也進(jìn)行序列化，同樣地，這些其它對象引用的另外對象也將被序列化，以此類推。所以，如果一個(gè)對象包含的成員變量是容器類對象，而這些容器所含有的元素也是容器類對象，那么這個(gè)序列化的過程就會(huì)較復(fù)雜，開銷也較大。

5. 影響序列化

在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，有些時(shí)候不能使用默認(rèn)序列化機(jī)制。比如，希望在序列化過程中忽略掉敏感數(shù)據(jù)，或者簡化序列化過程。下面將介紹若干影響序列化的方法。

5.1 transient關(guān)鍵字

當(dāng)某個(gè)字段被聲明為transient后，默認(rèn)序列化機(jī)制就會(huì)忽略該字段。此處將Person類中的age字段聲明為transient，如下所示，

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

再執(zhí)行SimpleSerial應(yīng)用程序，會(huì)有如下輸出：

arg constructor  
[John, null, MALE]

可見，age字段未被序列化。

5.2 writeObject()方法與readObject()方法

對于上述已被聲明為transitive的字段age，除了將transitive關(guān)鍵字去掉之外，是否還有其它方法能使它再次可被序列化？方法之一就是在Person類中添加兩個(gè)方法：writeObject()與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()方法中會(huì)先調(diào)用ObjectOutputStream中的defaultWriteObject()方法，該方法會(huì)執(zhí)行默認(rèn)的序列化機(jī)制，如5.1節(jié)所述，此時(shí)會(huì)忽略掉age字段。然后再調(diào)用writeInt()方法顯示地將age字段寫入到ObjectOutputStream中。readObject()的作用則是針對對象的讀取，其原理與writeObject()方法相同。再次執(zhí)行SimpleSerial應(yīng)用程序，則又會(huì)有如下輸出：

arg constructor  
[John, 31, MALE]

必須注意地是，writeObject()與readObject()都是private方法，那么它們是如何被調(diào)用的呢？毫無疑問，是使用反射。詳情可以看看ObjectOutputStream中的writeSerialData方法，以及ObjectInputStream中的readSerialData方法。

5.3 Externalizable接口

無論是使用transient關(guān)鍵字，還是使用writeObject()和readObject()方法，其實(shí)都是基于Serializable接口的序列化。JDK中提供了另一個(gè)序列化接口--Externalizable，使用該接口之后，之前基于Serializable接口的序列化機(jī)制就將失效。此時(shí)將Person類作如下修改，

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 {  
 
    }  
    ...  
}

此時(shí)再執(zhí)行SimpleSerial程序之后會(huì)得到如下結(jié)果：

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

從該結(jié)果，一方面，可以看出Person對象中任何一個(gè)字段都沒有被序列化。另一方面，如果細(xì)心的話，還可以發(fā)現(xiàn)這此次序列化過程調(diào)用了Person類的無參構(gòu)造器。

Externalizable繼承于Serializable，當(dāng)使用該接口時(shí)，序列化的細(xì)節(jié)需要由程序員去完成。如上所示的代碼，由于writeExternal()與readExternal()方法未作任何處理，那么該序列化行為將不會(huì)保存/讀取任何一個(gè)字段。這也就是為什么輸出結(jié)果中所有字段的值均為空。

另外，使用Externalizable進(jìn)行序列化時(shí)，當(dāng)讀取對象時(shí)，會(huì)調(diào)用被序列化類的無參構(gòu)造器去創(chuàng)建一個(gè)新的對象，然后再將被保存對象的字段的值分別填充到新對象中。這就是為什么在此次序列化過程中Person類的無參構(gòu)造器會(huì)被調(diào)用。由于這個(gè)原因，實(shí)現(xiàn)Externalizable接口的類必須要提供一個(gè)無參的構(gòu)造器，且它的訪問權(quán)限為public。

對上述Person類進(jìn)行進(jìn)一步的修改，使其能夠?qū)ame與age字段進(jìn)行序列化，但忽略掉gender字段，如下代碼所示：

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();  
    }  
    ...  
}

執(zhí)行SimpleSerial之后會(huì)有如下結(jié)果：

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

5.4 readResolve()方法

當(dāng)我們使用Singleton模式時(shí)，應(yīng)該是期望某個(gè)類的實(shí)例應(yīng)該是唯一的，但如果該類是可序列化的，那么情況可能略有不同。此時(shí)對第2節(jié)使用的Person類進(jìn)行修改，使其實(shí)現(xiàn)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;  
    }  
    ...  
}

同時(shí)要修改SimpleSerial應(yīng)用，使得能夠保存/獲取上述單例對象，并進(jìn)行對象相等性比較，如下代碼所示：

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()); // 保存單例對象  
        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); // 將獲取的對象與Person類中的單例對象進(jìn)行相等性比較  
    }  
}

執(zhí)行上述應(yīng)用程序后會(huì)得到如下結(jié)果：

arg constructor  
[John, 31, MALE]  
false

值得注意的是，從文件person.out中獲取的Person對象與Person類中的單例對象并不相等。為了能在序列化過程仍能保持單例的特性，可以在Person類中添加一個(gè)readResolve()方法，在該方法中直接返回Person的單例對象，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;  
    }  
    ...  
}

再次執(zhí)行本節(jié)的SimpleSerial應(yīng)用后將如下輸出：

arg constructor  
[John, 31, MALE]  
true

無論是實(shí)現(xiàn)Serializable接口，或是Externalizable接口，當(dāng)從I/O流中讀取對象時(shí)，readResolve()方法都會(huì)被調(diào)用到。實(shí)際上就是用readResolve()中返回的對象直接替換在反序列化過程中創(chuàng)建的對象。

原文鏈接：http://www.blogjava.net/jiangshachina/archive/2012/02/13/369898.html

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