图文详解Java中的序列化机制

 

概述

java中的序列化可能大家像我一样都停留在实现Serializable接口上，对于它里面的一些核心机制没有深入了解过。直到最近在项目中踩了一个坑，就是序列化对象添加一个字段以后，使用方系统报了反序列化失败，原因是我们双方的序列化对象没有加上serialVersionUID，那你们知道下面几个问题吗：

  • 序列化对象中的serialVersionUID 是干嘛用的？
  • 如何修改默认的序列化机制？
  • 如何使用序列化的方式克隆对象?

 

对象序列化和反序列化机制

序列化： 将对象转成二进制写到输出流的过程。

反序列化： 通过输入流读回二进制转成对象的过程。

通过对象的序列化和反序列化机制可以实现对象在网络之间传输。

在Java中，如果一个对象要想实现序列化，必须要实现下面两个接口之一：

  • Serializable 接口
  • Externalizable 接口

这里我们先讲解常用的Serializable 接口。

writeObject序列化过程栗子：

@Test
public void testSerializable() throws FileNotFoundException {
  User user = new User("alvin", 19);
  // 文件输出流
  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;
}

结果：

readObject反序列化栗子：

现在模拟另外一个系统需要反序列化user.dat

@Test
public void testDeSerializable() throws FileNotFoundException {
  User user = null;
  // 写到内存中，当然也可以写到文件中
  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类不实现Serializable接口, 那会怎么样？

当然是报错了，如下图：

小结：

一个对象想要被序列化，那么它的类就要实现此接口或者它的子接口。

 

修改默认的序列化机制

默认的情况下，如果实现了Serializable接口的对象进行序列化的时候，默认会将全部的数据域，也就是成员变量进行序列化输出，那往往有时候并不需要这样，有什么方法可以修改序列化机制呢？下面提供3中方式。

使用transient关键字

将成员变量标记成transient，那么在序列化的过程中这些数据域会被跳过，如下图所示：

这是一种最简单的方式，但是不够灵活。

自定义readObject、writeObject方法

序列化类中可以通过定义下面签名的方法：

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

只要类中有这两个签名的方法，那么就不会调用默认的序列化，取而代之调用这些方法。

本例我们举个jdk中的例子，ArrayList就实现了这两个方法，重写了序列化机制。

主要原因ArrayList底层的数组通常会预留一些容量，等容量不足时再扩充容量，那么有些空间可能就没有实际存储元素，采用自定义方式实现序列化时，就可以保证只序列化实际存储的那些元素，而不是整个数组，从而节省空间和时间。

实现Externalizable接口

Externalizable接口想必大家很少用到，它是Serializable接口的子类，用户要实现的writeExternal()和readExternal() 方法，用来决定如何序列化和反序列化。

因为序列化和反序列化方法需要自己实现，因此可以指定序列化哪些属性，而transient在这里无效。

对Externalizable对象反序列化时，会先调用类的无参构造方法，这是有别于默认反序列方式的。如果把类的不带参数的构造方法删除，或者把该构造方法的访问权限设置为private、默认或protected级别，会抛出java.io.InvalidException: no valid constructor异常，因此Externalizable对象必须有默认构造函数，而且必需是public的。

举例说明：

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

这就回到概述中提到的项目中遇到的问题，现在简要描述下：

A系统中的序列化对象User用的最新版本如下：

B系统中反序列化的对象，还是老的User版本如下：

这时候A系统生成的序列化文件，交给B系统反序列化时，出错了， 如下图：

原因：

类定义发生了变化，比如添加、删除、修改类中的数据域后，它的唯一标记符或者称为SHA指纹、或者理解为serialVersionUID都会发生变化，这个值会保存在序列化二进制中，如果反序列化过程发现对不上，就会报错，如上图所示。

那么如何处理呢？

这时候，我们如果觉得这个序列化对象是可以兼容的，那么可以自定义一个serialVersionUID的静态成员变量，它就不会自动生成，而是直接用这个值，如下图：

 

使用序列化clone

clone大家都知道吧，在深拷贝的时候编码还是很麻烦的，借用序列化机制可以实现深拷贝。做法很简单，就是将对象序列化到输出流中，然后读回。

public class SerialCloneable implements Cloneable, Serializable {

  @Override
  public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
      try {
          // 保存到字节数组流
          ByteArrayOutputStream bout = new ByteArrayOutputStream();
          try(ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(bout)) {
              out.writeObject(this);
          }
          // 读取
          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;
      }
  }
}

注意一点，这种方式性能不高，通常比显示构建、复制数据要慢不少。

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