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圖文詳解Java中的序列化機(jī)制

更新時(shí)間：2022年10月04日 09:14:21 作者：JAVA旭陽(yáng)

java中的序列化可能大家像我一樣都停留在實(shí)現(xiàn)Serializable接口上，對(duì)于它里面的一些核心機(jī)制沒(méi)有深入了解過(guò)。本文將通過(guò)示例帶大家深入了解Java中的序列化機(jī)制，需要的可以參考一下

概述

java中的序列化可能大家像我一樣都停留在實(shí)現(xiàn)Serializable接口上，對(duì)于它里面的一些核心機(jī)制沒(méi)有深入了解過(guò)。直到最近在項(xiàng)目中踩了一個(gè)坑，就是序列化對(duì)象添加一個(gè)字段以后，使用方系統(tǒng)報(bào)了反序列化失敗，原因是我們雙方的序列化對(duì)象沒(méi)有加上serialVersionUID，那你們知道下面幾個(gè)問(wèn)題嗎：

序列化對(duì)象中的serialVersionUID 是干嘛用的？
如何修改默認(rèn)的序列化機(jī)制？
如何使用序列化的方式克隆對(duì)象?

對(duì)象序列化和反序列化機(jī)制

序列化： 將對(duì)象轉(zhuǎn)成二進(jìn)制寫到輸出流的過(guò)程。

反序列化： 通過(guò)輸入流讀回二進(jìn)制轉(zhuǎn)成對(duì)象的過(guò)程。

通過(guò)對(duì)象的序列化和反序列化機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)象在網(wǎng)絡(luò)之間傳輸。

在Java中，如果一個(gè)對(duì)象要想實(shí)現(xiàn)序列化，必須要實(shí)現(xiàn)下面兩個(gè)接口之一：

Serializable 接口
Externalizable 接口

這里我們先講解常用的Serializable 接口。

writeObject序列化過(guò)程栗子：

@Test
public void testSerializable() throws FileNotFoundException {
    User user = new User("alvin", 19);
    // 文件輸出流
    FileOutputStream bout = new FileOutputStream("user.dat");
    try (ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(bout)) {
        // 序列化
        out.writeObject(user);
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}


@Data
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class User implements Serializable {

    private String username;

    private Integer age;
}

結(jié)果：

readObject反序列化栗子：

現(xiàn)在模擬另外一個(gè)系統(tǒng)需要反序列化user.dat

@Test
public void testDeSerializable() throws FileNotFoundException {
    User user = null;
    // 寫到內(nèi)存中，當(dāng)然也可以寫到文件中
    FileInputStream fis = new FileInputStream("user.dat");
    try (ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(fis)) {
        // 反序列化 readObject
        user = (User) in.readObject();
    } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
        e.printStackTrace();
    }

    Assert.assertEquals("alvin", user.getUsername());
}

如果User類不實(shí)現(xiàn)Serializable接口, 那會(huì)怎么樣？

當(dāng)然是報(bào)錯(cuò)了，如下圖：

小結(jié)：

一個(gè)對(duì)象想要被序列化，那么它的類就要實(shí)現(xiàn)此接口或者它的子接口。

修改默認(rèn)的序列化機(jī)制

默認(rèn)的情況下，如果實(shí)現(xiàn)了Serializable接口的對(duì)象進(jìn)行序列化的時(shí)候，默認(rèn)會(huì)將全部的數(shù)據(jù)域，也就是成員變量進(jìn)行序列化輸出，那往往有時(shí)候并不需要這樣，有什么方法可以修改序列化機(jī)制呢？下面提供3中方式。

使用transient關(guān)鍵字

將成員變量標(biāo)記成transient，那么在序列化的過(guò)程中這些數(shù)據(jù)域會(huì)被跳過(guò)，如下圖所示：

這是一種最簡(jiǎn)單的方式，但是不夠靈活。

自定義readObject、writeObject方法

序列化類中可以通過(guò)定義下面簽名的方法：

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException

只要類中有這兩個(gè)簽名的方法，那么就不會(huì)調(diào)用默認(rèn)的序列化，取而代之調(diào)用這些方法。

本例我們舉個(gè)jdk中的例子，ArrayList就實(shí)現(xiàn)了這兩個(gè)方法，重寫了序列化機(jī)制。

主要原因ArrayList底層的數(shù)組通常會(huì)預(yù)留一些容量，等容量不足時(shí)再擴(kuò)充容量，那么有些空間可能就沒(méi)有實(shí)際存儲(chǔ)元素，采用自定義方式實(shí)現(xiàn)序列化時(shí)，就可以保證只序列化實(shí)際存儲(chǔ)的那些元素，而不是整個(gè)數(shù)組，從而節(jié)省空間和時(shí)間。

實(shí)現(xiàn)Externalizable接口

Externalizable接口想必大家很少用到，它是Serializable接口的子類，用戶要實(shí)現(xiàn)的writeExternal()和readExternal() 方法，用來(lái)決定如何序列化和反序列化。

因?yàn)樾蛄谢头葱蛄谢椒ㄐ枰约簩?shí)現(xiàn)，因此可以指定序列化哪些屬性，而transient在這里無(wú)效。

對(duì)Externalizable對(duì)象反序列化時(shí)，會(huì)先調(diào)用類的無(wú)參構(gòu)造方法，這是有別于默認(rèn)反序列方式的。如果把類的不帶參數(shù)的構(gòu)造方法刪除，或者把該構(gòu)造方法的訪問(wèn)權(quán)限設(shè)置為private、默認(rèn)或protected級(jí)別，會(huì)拋出java.io.InvalidException: no valid constructor異常，因此Externalizable對(duì)象必須有默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，而且必需是public的。

舉例說(shuō)明：

public class User2 implements Externalizable {

    private String username;

    private Integer age;

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

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

serialVersionUID的作用

這就回到概述中提到的項(xiàng)目中遇到的問(wèn)題，現(xiàn)在簡(jiǎn)要描述下：

A系統(tǒng)中的序列化對(duì)象User用的最新版本如下：

B系統(tǒng)中反序列化的對(duì)象，還是老的User版本如下：

這時(shí)候A系統(tǒng)生成的序列化文件，交給B系統(tǒng)反序列化時(shí)，出錯(cuò)了， 如下圖：

原因：

類定義發(fā)生了變化，比如添加、刪除、修改類中的數(shù)據(jù)域后，它的唯一標(biāo)記符或者稱為SHA指紋、或者理解為serialVersionUID都會(huì)發(fā)生變化，這個(gè)值會(huì)保存在序列化二進(jìn)制中，如果反序列化過(guò)程發(fā)現(xiàn)對(duì)不上，就會(huì)報(bào)錯(cuò)，如上圖所示。

那么如何處理呢？

這時(shí)候，我們?nèi)绻X(jué)得這個(gè)序列化對(duì)象是可以兼容的，那么可以自定義一個(gè)serialVersionUID的靜態(tài)成員變量，它就不會(huì)自動(dòng)生成，而是直接用這個(gè)值，如下圖：

使用序列化clone

clone大家都知道吧，在深拷貝的時(shí)候編碼還是很麻煩的，借用序列化機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)深拷貝。做法很簡(jiǎn)單，就是將對(duì)象序列化到輸出流中，然后讀回。

public class SerialCloneable implements Cloneable, Serializable {

    @Override
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        try {
            // 保存到字節(jié)數(shù)組流
            ByteArrayOutputStream bout = new ByteArrayOutputStream();
            try(ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(bout)) {
                out.writeObject(this);
            }
            // 讀取
            try(InputStream bin = new ByteArrayInputStream(bout.toByteArray())) {
                ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(bin);
                return in.readObject();
            }
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            CloneNotSupportedException e2 = new CloneNotSupportedException();
            e2.initCause(e);
            throw e2;
        }
    }
}