Java对象表示方式1：序列化、反序列化和transient关键字的作用

前言

平时我们在Java内存中的对象，是无法进行IO操作或者网络通信的，因为在进行IO操作或者网络通信的时候，人家根本不知道内存中的对象是个什么东西，因此必须将对象以某种方式表示出来，即存储对象中的状态。一个Java对象的表示有各种各样的方式，Java本身也提供给了用户一种表示对象的方式，那就是序列化。换句话说，序列化只是表示对象的一种方式而已。OK，有了序列化，那么必然有反序列化，我们先看一下序列化、反序列化是什么意思。

序列化：将一个对象转换成一串二进制表示的字节数组，通过保存或转移这些字节数据来达到持久化的目的。

反序列化：将字节数组重新构造成对象。

 

默认序列化

序列化只需要实现java.io.Serializable接口就可以了。序列化的时候有一个serialVersionUID参数，Java序列化机制是通过在运行时判断类的serialVersionUID来验证版本一致性的。在进行反序列化，Java虚拟机会把传过来的字节流中的serialVersionUID和本地相应实体类的serialVersionUID进行比较，如果相同就认为是一致的实体类，可以进行反序列化，否则Java虚拟机会拒绝对这个实体类进行反序列化并抛出异常。serialVersionUID有两种生成方式：

1、默认的1L

2、根据类名、接口名、成员方法以及属性等来生成一个64位的Hash字段

如果实现java.io.Serializable接口的实体类没有显式定义一个名为serialVersionUID、类型为long的变量时，Java序列化机制会根据编译的.class文件自动生成一个serialVersionUID，如果.class文件没有变化，那么就算编译再多次，serialVersionUID也不会变化。换言之，Java为用户定义了默认的序列化、反序列化方法，其实就是ObjectOutputStream的defaultWriteObject方法和ObjectInputStream的defaultReadObject方法。看一个例子：

public class SerializableObject implements Serializable
{
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    
    private String str0;
    private transient String str1;
    private static String str2 = "abc";
    
    public SerializableObject(String str0, String str1)
    {
        this.str0 = str0;
        this.str1 = str1;
    }
    
    public String getStr0()
    {
        return str0;
    }

    public String getStr1()
    {
        return str1;
    }
}

public static void main(String[] args) throws Exception
{
    File file = new File("D:" + File.separator + "s.txt");
    OutputStream os = new FileOutputStream(file);  
    ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(os);
    oos.writeObject(new SerializableObject("str0", "str1"));
    oos.close();
        
    InputStream is = new FileInputStream(file);
    ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(is);
    SerializableObject so = (SerializableObject)ois.readObject();
    System.out.println("str0 = " + so.getStr0());
    System.out.println("str1 = " + so.getStr1());
    ois.close();
}

先不运行，用一个二进制查看器查看一下s.txt这个文件，并详细解释一下每一部分的内容。

第1部分是序列化文件头

◇AC ED：STREAM_MAGIC序列化协议

◇00 05：STREAM_VERSION序列化协议版本

◇73：TC_OBJECT声明这是一个新的对象

第2部分是要序列化的类的描述，在这里是SerializableObject类

◇72：TC_CLASSDESC声明这里开始一个新的class

◇00 1F:十进制的31，表示class名字的长度是31个字节

◇63 6F 6D ... 65 63 74：表示的是“com.xrq.test.SerializableObject”这一串字符，可以数一下确实是31个字节

◇00 00 00 00 00 00 00 01：SerialVersion，序列化ID，1

◇02：标记号，声明该对象支持序列化

◇00 01：该类所包含的域的个数为1个

第3部分是对象中各个属性项的描述

◇4C：字符"L"，表示该属性是一个对象类型而不是一个基本类型

◇00 04：十进制的4，表示属性名的长度

◇73 74 72 30：字符串“str0”，属性名

◇74：TC_STRING，代表一个new String，用String来引用对象

第4部分是该对象父类的信息，如果没有父类就没有这部分。有父类和第2部分差不多

◇00 12：十进制的18，表示父类的长度

◇4C 6A 61 ... 6E 67 3B：“L/java/lang/String;”表示的是父类属性

◇78：TC_ENDBLOCKDATA，对象块结束的标志

◇70：TC_NULL，说明没有其他超类的标志

第5部分输出对象的属性项的实际值，如果属性项是一个对象，这里还将序列化这个对象，规则和第2部分一样

◇00 04：十进制的4，属性的长度

◇73 74 72 30：字符串“str0”，str0的属性值

从以上对于序列化后的二进制文件的解析，我们可以得出以下几个关键的结论：

1、序列化之后保存的是对象的信息

2、被声明为transient的属性不会被序列化，这就是transient关键字的作用

3、被声明为static的属性不会被序列化，这个问题可以这么理解，序列化保存的是对象的状态，但是static修饰的变量是属于类的而不是属于对象的，因此序列化的时候不会序列化它

接下来运行一下上面的代码看一下

str0 = str0
str1 = null

因为str1是一个transient类型的变量，没有被序列化，因此反序列化出来也是没有任何内容的，显示的null，符合我们的结论。

 

手动指定序列化过程

Java并不强求用户非要使用默认的序列化方式，用户也可以按照自己的喜好自己指定自己想要的序列化方式----只要你自己能保证序列化前后能得到想要的数据就好了。手动指定序列化方式的规则是：

进行序列化、反序列化时，虚拟机会首先试图调用对象里的writeObject和readObject方法，进行用户自定义的序列化和反序列化。如果没有这样的方法，那么默认调用的是ObjectOutputStream的defaultWriteObject以及ObjectInputStream的defaultReadObject方法。换言之，利用自定义的writeObject方法和readObject方法，用户可以自己控制序列化和反序列化的过程。

这是非常有用的。比如：

1、有些场景下，某些字段我们并不想要使用Java提供给我们的序列化方式，而是想要以自定义的方式去序列化它，比如ArrayList的elementData、HashMap的table（至于为什么在之后写这两个类的时候会解释原因），就可以通过将这些字段声明为transient，然后在writeObject和readObject中去使用自己想要的方式去序列化它们

2、因为序列化并不安全，因此有些场景下我们需要对一些敏感字段进行加密再序列化，然后再反序列化的时候按照同样的方式进行解密，就在一定程度上保证了安全性了。要这么做，就必须自己写writeObject和readObject，writeObject方法在序列化前对字段加密，readObject方法在序列化之后对字段解密

上面的例子SerializObject这个类修改一下，主函数不需要修改：

public class SerializableObject implements Serializable
{
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    
    private String str0;
    private transient String str1;
    private static String str2 = "abc";
    
    public SerializableObject(String str0, String str1)
    {
        this.str0 = str0;
        this.str1 = str1;
    }
    
    public String getStr0()
    {
        return str0;
    }

    public String getStr1()
    {
        return str1;
    }
    
    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws Exception
    {
        System.out.println("我想自己控制序列化的过程");
        s.defaultWriteObject();
        s.writeInt(str1.length());
        for (int i = 0; i < str1.length(); i++)
            s.writeChar(str1.charAt(i));
    }
    
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws Exception
    {
        System.out.println("我想自己控制反序列化的过程");
        s.defaultReadObject();
        int length = s.readInt();
        char[] cs = new char[length];
        for (int i = 0; i < length; i++)
            cs[i] = s.readChar();
        str1 = new String(cs, 0, length);
    }
}

直接看一下运行结果：

我想自己控制序列化的过程
我想自己控制反序列化的过程
str0 = str0
str1 = str1

看到，程序走到了我们自己写的writeObject和readObject中，而且被transient修饰的str1也成功序列化、反序列化出来了----因为手动将str1写入了文件和从文件中读了出来。不妨再看一下s.txt文件的二进制：

看到橘黄色的部分就是writeObject方法追加的str1的内容。至此，总结一下writeObject和readObject的通常用法：

先通过defaultWriteObject和defaultReadObject方法序列化、反序列化对象，然后在文件结尾追加需要额外序列化的内容/从文件的结尾读取额外需要读取的内容。 

 

复杂序列化情况总结

虽然Java的序列化能够保证对象状态的持久保存，但是遇到一些对象结构复杂的情况还是比较难处理的，最后对一些复杂的对象情况作一个总结：

1、当父类继承Serializable接口时，所有子类都可以被序列化

2、子类实现了Serializable接口，父类没有，父类中的属性不能序列化（不报错，数据丢失），但是在子类中属性仍能正确序列化

3、如果序列化的属性是对象，则这个对象也必须实现Serializable接口，否则会报错

4、反序列化时，如果对象的属性有修改或删减，则修改的部分属性会丢失，但不会报错

5、反序列化时，如果serialVersionUID被修改，则反序列化时会失败