1. 什么是Java對象序列化
Java平臺允許我們在內存中創建可復用的Java對象，但一般情況下，只有當JVM處于運行時，這些對象才可能存在，即，這些對象的生命周期不會比JVM的生命周期更長。但在現實應用中，就可能要求在JVM停止運行之后能夠保存(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現該功能。
使用Java對象序列化，在保存對象時，會把其狀態保存為一組字節，在未來，再將這些字節組裝成對象。必須注意地是，對象序列化保存的是對象的"狀態"，即它的成員變量。由此可知，對象序列化不會關注類中的靜態變量。
除了在持久化對象時會用到對象序列化之外，當使用RMI(遠程方法調用)，或在網絡中傳遞對象時，都會用到對象序列化。Java序列化API為處理對象序列化提供了一個標準機制，該API簡單易用，在本文的后續章節中將會陸續講到。
2. 簡單示例
在Java中，只要一個類實現了java.io.Serializable接口，那么它就可以被序列化。此處將創建一個可序列化的類Person，本文中的所有示例將圍繞著該類或其修改版。
Gender類，是一個枚舉類型，表示性別
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public enum Gender { MALE, FEMALE } |
如果熟悉Java枚舉類型的話，應該知道每個枚舉類型都會默認繼承類java.lang.Enum，而該類實現了Serializable接口，所以枚舉類型對象都是默認可以被序列化的。
Person類，實現了Serializable接口，它包含三個字段：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實例中的內容。
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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，是一個簡單的序列化程序，它先將一個Person對象保存到文件person.out中，然后再從該文件中讀出被存儲的Person對象，并打印該對象。
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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(); // 沒有強制轉換到Person類型 oin.close(); System.out.println(newPerson); } } |
上述程序的輸出的結果為：
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arg constructor [John, 31, MALE] |
此時必須注意的是，當重新讀取被保存的Person對象時，并沒有調用Person的任何構造器，看起來就像是直接使用字節將Person對象還原出來的。
當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對象時并沒有顯示地使用Person類，如上例所示)，否則會拋出ClassNotFoundException。
3. Serializable的作用
為什么一個類實現了Serializable接口，它就可以被序列化呢？在上節的示例中，使用ObjectOutputStream來持久化對象，在該類中有如下代碼：
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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，或數組，或Enum，或Serializable，那么就可以對該對象進行序列化，否則將拋出NotSerializableException。
4. 默認序列化機制
如果僅僅只是讓某個類實現Serializable接口，而沒有其它任何處理的話，則就是使用默認序列化機制。使用默認機制，在序列化對象時，不僅會序列化當前對象本身，還會對該對象引用的其它對象也進行序列化，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，那么這個序列化的過程就會較復雜，開銷也較大。
5. 影響序列化
在現實應用中，有些時候不能使用默認序列化機制。比如，希望在序列化過程中忽略掉敏感數據，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關鍵字
當某個字段被聲明為transient后，默認序列化機制就會忽略該字段。此處將Person類中的age字段聲明為transient，如下所示，
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public class Person implements Serializable { ... transient private Integer age = null; ... } |
再執行SimpleSerial應用程序，會有如下輸出：
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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類中添加兩個方法：writeObject()與readObject()，如下所示：
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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()方法中會先調用ObjectOutputStream中的defaultWriteObject()方法，該方法會執行默認的序列化機制，如5.1節所述，此時會忽略掉age字段。然后再調用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。再次執行SimpleSerial應用程序，則又會有如下輸出：
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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關鍵字，還是使用writeObject()和readObject()方法，其實都是基于Serializable接口的序列化。JDK中提供了另一個序列化接口--Externalizable，使用該接口之后，之前基于Serializable接口的序列化機制就將失效。此時將Person類作如下修改，
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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 { } ... } |
此時再執行SimpleSerial程序之后會得到如下結果：
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arg constructor none-arg constructor [null, null, null] |
從該結果，一方面，可以看出Person對象中任何一個字段都沒有被序列化。另一方面，如果細心的話，還可以發現這此次序列化過程調用了Person類的無參構造器。
Externalizable繼承于Serializable，當使用該接口時，序列化的細節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保存/讀取任何一個字段。這也就是為什么輸出結果中所有字段的值均為空。
另外，使用Externalizable進行序列化時，當讀取對象時，會調用被序列化類的無參構造器去創建一個新的對象，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類的無參構造器會被調用。由于這個原因，實現Externalizable接口的類必須要提供一個無參的構造器，且它的訪問權限為public。
對上述Person類進行進一步的修改，使其能夠對name與age字段進行序列化，但忽略掉gender字段，如下代碼所示：
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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(); } ... } |
執行SimpleSerial之后會有如下結果：
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arg constructor none-arg constructor [John, 31, null] |
5.4 readResolve()方法
當我們使用Singleton模式時，應該是期望某個類的實例應該是唯一的，但如果該類是可序列化的，那么情況可能略有不同。此時對第2節使用的Person類進行修改，使其實現Singleton模式，如下所示：
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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; } ... } 同時要修改SimpleSerial應用，使得能夠保存/獲取上述單例對象，并進行對象相等性比較，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類中的單例對象進行相等性比較 } } |
執行上述應用程序后會得到如下結果：
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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readResolve()方法，在該方法中直接返回Person的單例對象，如下所示：
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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; } ... } |
再次執行本節的SimpleSerial應用后將如下輸出：
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arg constructor [John, 31, MALE] true |
無論是實現Serializable接口，或是Externalizable接口，當從I/O流中讀取對象時，readResolve()方法都會被調用到。實際上就是用readResolve()中返回的對象直接替換在反序列化過程中創建的對象。
6.一些高級用法
該說的都在注釋中說完了。直接給程序吧。
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package test.javaPuzzler.p5;import java.io.*;import java.io.ObjectInputStream.GetField;import java.io.ObjectOutputStream.PutField;// 一個類實現Serializable來表明自己可以被序列化；// 有一點需要特別注意的是：// 如果子類實現了Serializable，而父類沒有，則父類不會被序列化；public class SerializableObject implements Serializable { // 生成的序列化版本號會因為編譯環境，聲明的類名，成員名稱和數量的變化而不同； // 也就是說這個版本號一定程度上記錄著類的定義性的信息，如果類的定義變化了，最好重新生成版本號； // 如果新的代碼使用了舊的版本號，則在反序列化的時候，可以兼容讀取舊類的字節碼而不會報錯； private static final long serialVersionUID = 9038542591452547920L; public String name; public String password; // 如果你不希望某個非靜態成員被序列化，可以用transient來修飾它； public transient int age; // 靜態成員不會被序列化，因為序列化保存的是實例的狀態信息，而靜態成員是類的狀態信息； public static int version = 1; public SerializableObject(String name, String password) { this.name = name; this.password = password; } // 每個類可以寫一個writeObject方法，這個方法將會負責該類自身的序列化過程； // 比如對于敏感信息如password，可以加密之后再序列化； // 這個過程需要用到PutField，它可以指定哪些域會被序列化，怎么序列化(比如加密); // 如果沒有定義這個方法，將會調用ObjectOutputStream 的 defaultWriteObject； // 你可以注釋掉readObject方法，然后運行測試用例來測試密碼是否被加密； private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException { PutField putFields = out.putFields(); putFields.put("name", name); // 模擬加密密碼 putFields.put("password", "thePassword:" + password); out.writeFields(); } // 每個類可以寫一個readObject方法，該方法負責該類自身的反序列化過程； // 比如對序列化時加密后的密碼解密； // 這個過程需要用到GetField，他可以具體地讀取每個域；或執行解密動作等等； // 如果沒有定義這個方法，將會調用ObjectInputStream 的 defaultReadObject； private void readObject(ObjectInputStream in) throws ClassNotFoundException, IOException { GetField readFields = in.readFields(); // 讀取到成員的值之后，直接賦給該域，即完成該域的反序列化； name = (String) readFields.get("name", "defaultName"); // 模擬解密密碼 String encPassword = (String) readFields.get("password", "thePassword:defaultValue"); password = encPassword.split(":")[1]; } // 序列化 // 主要用到ObjectOutputStream； public void save() throws IOException { FileOutputStream fout = new FileOutputStream("e:\\obj"); ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(fout); oout.writeObject(this); oout.close(); fout.close(); } // 反序列化 // 主要用到ObjectInputStream public static SerializableObject load() throws IOException, ClassNotFoundException { FileInputStream fin = new FileInputStream("e:\\obj"); ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(fin); Object o = oin.readObject(); return (SerializableObject) o; } @Override public String toString() { return "name: " + name + ", password: " + password; } // 測試用例 public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException { SerializableObject so = new SerializableObject( "http://blog.csdn.net/sunxing007", "123456"); so.save(); System.out.println(so); System.out.println(SerializableObject.load()); }} |
序列化會對單例模式不利, 因為可以通過反序列化而破壞單例. 這個時候就要請出readResolve這個方法了. 比如下面的程序:
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public class Dog extends Exception { //private static final long serialVersionUID = -7156412195888553079L; public static final Dog INSTANCE = new Dog(); private Dog() { } public String toString() { return "Woof"; } // 通過readResolve, 保證反序列化的時候能完全自主地處理返回對象. private Object readResolve(){ return INSTANCE; } public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException{ Dog d = Dog.INSTANCE; ByteArrayOutputStream bro = new ByteArrayOutputStream(); ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(bro); oout.writeObject(d); ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(bro.toByteArray())); Dog d1 = (Dog)oin.readObject(); System.out.println(d1==d); }} |
