深入理解JAVA序列化

一、Java 序列化

Java 提供了一种对象序列化的机制，该机制中，一个对象可以被表示为一个字节序列，该字节序列包括该对象的数据、有关对象的类型的信息和存储在对象中数据的类型。

将序列化对象写入文件之后，可以从文件中读取出来，并且对它进行反序列化，也就是说，对象的类型信息、对象的数据，还有对象中的数据类型可以用来在内存中新建对象。

整个过程都是 Java 虚拟机（JVM）独立的，也就是说，在一个平台上序列化的对象可以在另一个完全不同的平台上反序列化该对象。

类 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream 是高层次的数据流，它们包含反序列化和序列化对象的方法。

序列化和反序列化的概念

　　把对象转换为字节序列的过程称为对象的序列化。
　　把字节序列恢复为对象的过程称为对象的反序列化。
　　对象的序列化主要有两种用途：
　　1）把对象的字节序列永久地保存到硬盘上，通常存放在一个文件中；
　　2）在网络上传送对象的字节序列。

1、示例：

请注意，一个类的对象要想序列化成功，必须满足两个条件：

该类必须实现 java.io.Serializable 对象。

该类的所有属性必须是可序列化的。如果有一个属性不是可序列化的，则该属性必须注明是短暂的。

如果你想知道一个 Java 标准类是否是可序列化的，请查看该类的文档。检验一个类的实例是否能序列化十分简单，只需要查看该类有没有实现 java.io.Serializable接口。

序列化对象

ObjectOutputStream 类用来序列化一个对象，如下的 SerializeDemo 例子实例化了一个 Employee 对象，并将该对象序列化到一个文件中。

该程序执行后，就创建了一个名为 employee.ser 文件。该程序没有任何输出，但是你可以通过代码研读来理解程序的作用。

注意： 当序列化一个对象到文件时，按照 Java 的标准约定是给文件一个 .ser 扩展名。

import java.io.*;
 
public class SerializeDemo
{
   public static void main(String [] args)
   {
      Employee e = new Employee();
      e.name = "Reyan Ali";
      e.address = "Phokka Kuan, Ambehta Peer";
      e.SSN = 11122333;
      e.number = 101;
      try
      {
         FileOutputStream fileOut =
         new FileOutputStream("/tmp/employee.ser");
         ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(fileOut);
         out.writeObject(e);
         out.close();
         fileOut.close();
         System.out.printf("Serialized data is saved in /tmp/employee.ser");
      }catch(IOException i)
      {
          i.printStackTrace();
      }
   }
}

反序列化对象

下面的 DeserializeDemo 程序实例了反序列化，/tmp/employee.ser 存储了 Employee 对象。

import java.io.*;
 
public class DeserializeDemo
{
   public static void main(String [] args)
   {
      Employee e = null;
      try
      {
         FileInputStream fileIn = new FileInputStream("/tmp/employee.ser");
         ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(fileIn);
         e = (Employee) in.readObject();
         in.close();
         fileIn.close();
      }catch(IOException i)
      {
         i.printStackTrace();
         return;
      }catch(ClassNotFoundException c)
      {
         System.out.println("Employee class not found");
         c.printStackTrace();
         return;
      }
      System.out.println("Deserialized Employee...");
      System.out.println("Name: " + e.name);
      System.out.println("Address: " + e.address);
      System.out.println("SSN: " + e.SSN);
      System.out.println("Number: " + e.number);
    }
}

以上程序编译运行结果如下所示：

Deserialized Employee...
Name: Reyan Ali
Address:Phokka Kuan, Ambehta Peer
SSN: 0
Number:101

这里要注意以下要点：

readObject() 方法中的 try/catch代码块尝试捕获 ClassNotFoundException 异常。对于 JVM 可以反序列化对象，它必须是能够找到字节码的类。如果JVM在反序列化对象的过程中找不到该类，则抛出一个 ClassNotFoundException 异常。

注意，readObject() 方法的返回值被转化成 Employee 引用。

当对象被序列化时，属性 SSN 的值为 111222333，但是因为该属性是短暂的，该值没有被发送到输出流。所以反序列化后 Employee 对象的 SSN 属性为 0。

2、相关注意事项

①序列化时，只对对象的状态进行保存，而不管对象的方法；

②当一个父类实现序列化，子类自动实现序列化，不需要显式实现Serializable接口；

③当一个对象的实例变量引用其他对象，序列化该对象时也把引用对象进行序列化；

④使用Java对象序列化，在保存对象时，会把其状态保存为一组字节，在未来，再将这些字节组装成对象。必须注意地是，对象序列化保存的是对象的"状态"，即它的成员变量。由此可知，对象序列化不会关注类中的静态变量。

3、对象序列化场景

Java平台允许我们在内存中创建可复用的Java对象，但一般情况下，只有当JVM处于运行时，这些对象才可能存在，即，这些对象的生命周期不会比JVM的生命周期更长。但在现实应用中，就可能要求在JVM停止运行之后能够保存(持久化)指定的对象，并在将来重新读取被保存的对象。Java对象序列化就能够帮助我们实现该功能。

除了在持久化对象时会用到对象序列化之外，当使用RMI(远程方法调用)，或在网络中传递对象时，都会用到对象序列化。

在不同jvm之间进行类实例间的共享，从一个jvm中调用另一个jvm的对象时,你就可以考虑使用序列化。在ORMaping中的缓存机制,进行缓存同步时,便是常见的java序列化的应用之一。

4. 默认序列化机制

如果仅仅只是让某个类实现Serializable接口，而没有其它任何处理的话，则就是使用默认序列化机制。使用默认机制，在序列化对象时，不仅会序列化当前对象本身，还会对该对象引用的其它对象也进行序列化，同样地，这些其它对象引用的另外对象也将被序列化，以此类推。所以，如果一个对象包含的成员变量是容器类对象，而这些容器所含有的元素也是容器类对象，那么这个序列化的过程就会较复杂，开销也较大。

5、Transient关键字

Transient 关键字的作用是控制变量的序列化，在变量声明前加上该关键字，可以阻止该变量被序列化到文件中，在被反序列化后，transient 变量的值被设为初始值，如 int 型的是 0，对象型的是 null。

当某个字段被声明为transient后，默认序列化机制就会忽略该字段。此处将Person类中的age字段声明为transient，如下所示：

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

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(); // 没有强制转换到Person类型
        oin.close();
        System.out.println(newPerson);
    }
}

执行SimpleSerial应用程序，会有如下输出：

arg constructor
[John, null, MALE]

可见，age字段未被序列化。

6、writeObject()方法与readObject()方法

对于上述已被声明为transitive的字段age，除了将transitive关键字去掉之外，是否还有其它方法能使它再次可被序列化？方法之一就是在Person类中添加两个方法：writeObject()与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()方法中会先调用ObjectOutputStream中的defaultWriteObject()方法，该方法会执行默认的序列化机制，如5.1节所述，此时会忽略掉age字段。然后再调用writeInt()方法显示地将age字段写入到ObjectOutputStream中。readObject()的作用则是针对对象的读取，其原理与writeObject()方法相同。
再次执行SimpleSerial应用程序，则又会有如下输出：

arg constructor
[John, 31, MALE]

必须注意地是，writeObject()与readObject()都是private方法，那么它们是如何被调用的呢？毫无疑问，是使用反射。详情可见ObjectOutputStream中的writeSerialData方法，以及ObjectInputStream中的readSerialData方法。

7、Externalizable接口

无论是使用transient关键字，还是使用writeObject()和readObject()方法，其实都是基于Serializable接口的序列化。JDK中提供了另一个序列化接口--Externalizable，使用该接口之后，之前基于Serializable接口的序列化机制就将失效。此时将Person类修改成如下：

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 {

    }
    ...
}

View Code

此时再执行SimpleSerial程序之后会得到如下结果：

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

从该结果，一方面可以看出Person对象中任何一个字段都没有被序列化。另一方面，如果细心的话，还可以发现这此次序列化过程调用了Person类的无参构造器。
    Externalizable继承于Serializable，当使用该接口时，序列化的细节需要由程序员去完成。如上所示的代码，由于writeExternal()与readExternal()方法未作任何处理，那么该序列化行为将不会保存/读取任何一个字段。这也就是为什么输出结果中所有字段的值均为空。
    另外，若使用Externalizable进行序列化，当读取对象时，会调用被序列化类的无参构造器去创建一个新的对象，然后再将被保存对象的字段的值分别填充到新对象中。这就是为什么在此次序列化过程中Person类的无参构造器会被调用。由于这个原因，实现Externalizable接口的类必须要提供一个无参的构造器，且它的访问权限为public。
    对上述Person类作进一步的修改，使其能够对name与age字段进行序列化，但要忽略掉gender字段，如下代码所示：

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();
    }
    ...
}

View Code

执行SimpleSerial之后会有如下结果：

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

8、readResolve()方法

当我们使用Singleton模式时，应该是期望某个类的实例应该是唯一的，但如果该类是可序列化的，那么情况可能会略有不同。此时对第2节使用的Person类进行修改，使其实现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;
    }
   ... 
}

View Code

同时要修改SimpleSerial应用，使得能够保存/获取上述单例对象，并进行对象相等性比较，如下代码所示：

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()); // 保存单例对象
        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); // 将获取的对象与Person类中的单例对象进行相等性比较
    }
}

执行上述应用程序后会得到如下结果：

arg constructor
[John, 31, MALE]
false

值得注意的是，从文件person.out中获取的Person对象与Person类中的单例对象并不相等。为了能在序列化过程仍能保持单例的特性，可以在Person类中添加一个readResolve()方法，在该方法中直接返回Person的单例对象，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;
    }
   ... 
}

再次执行本节的SimpleSerial应用后将有如下输出：

arg constructor
[John, 31, MALE]
true

无论是实现Serializable接口，或是Externalizable接口，当从I/O流中读取对象时，readResolve()方法都会被调用到。实际上就是用readResolve()中返回的对象直接替换在反序列化过程中创建的对象，而被创建的对象则会被垃圾回收掉。

9、serialVersionUID的作用

serialVersionUID: 字面意思上是序列化的版本号，凡是实现Serializable接口的类都有一个表示序列化版本标识符的静态变量

private static final long serialVersionUID

serialVersionUID有两种生成方式：

采用这种方式生成的serialVersionUID是1L，例如：

private static final long serialVersionUID = 1L;

采用这种方式生成的serialVersionUID是根据类名，接口名，方法和属性等来生成的，例如：

private static final long serialVersionUID = 4603642343377807741L;

那么serialVersionUID(序列化版本号)到底有什么用呢，我们用如下的例子来说明一下serialVersionUID的作用，看下面的代码：

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;

public class TestSerialversionUID {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SerializeCustomer();// 序列化Customer对象
        Customer customer = DeserializeCustomer();// 反序列Customer对象
        System.out.println(customer);
    }

    /**
     * MethodName: SerializeCustomer 
     * Description: 序列化Customer对象
     * @author xudp
     * @throws FileNotFoundException
     * @throws IOException
     */
    private static void SerializeCustomer() throws FileNotFoundException,
            IOException {
        Customer customer = new Customer("gacl",25);
        // ObjectOutputStream 对象输出流
        ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(
                new File("E:/Customer.txt")));
        oo.writeObject(customer);
        System.out.println("Customer对象序列化成功！");
        oo.close();
    }

    /**
     * MethodName: DeserializeCustomer 
     * Description: 反序列Customer对象
     * @author xudp
     * @return
     * @throws Exception
     * @throws IOException
     */
    private static Customer DeserializeCustomer() throws Exception, IOException {
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
                new File("E:/Customer.txt")));
        Customer customer = (Customer) ois.readObject();
        System.out.println("Customer对象反序列化成功！");
        return customer;
    }
}

/**
 * <p>ClassName: Customer<p>
 * <p>Description: Customer实现了Serializable接口，可以被序列化<p>
 * @author xudp
 * @version 1.0 V
 * @createTime 2014-6-9 下午04:20:17
 */
class Customer implements Serializable {
    //Customer类中没有定义serialVersionUID
    private String name;
    private int age;

    public Customer(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    /*
     * @MethodName toString
     * @Description 重写Object类的toString()方法
     * @author xudp
     * @return string
     * @see java.lang.Object#toString()
     */
    @Override
    public String toString() {
        return "name=" + name + ", age=" + age;
    }
}

View Code

运行结果：

序列化和反序列化都成功了。

下面我们修改一下Customer类，添加多一个sex属性，如下：

class Customer implements Serializable {
    //Customer类中没有定义serialVersionUID
    private String name;
    private int age;

    //新添加的sex属性
    private String sex;
    
    public Customer(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    
    public Customer(String name, int age,String sex) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.sex = sex;
    }

    /*
     * @MethodName toString
     * @Description 重写Object类的toString()方法
     * @author xudp
     * @return string
     * @see java.lang.Object#toString()
     */
    @Override
    public String toString() {
        return "name=" + name + ", age=" + age;
    }
}

然后执行反序列操作，此时就会抛出如下的异常信息：

1 Exception in thread "main" java.io.InvalidClassException: Customer; 
2 local class incompatible: 
3 stream classdesc serialVersionUID = -88175599799432325, 
4 local class serialVersionUID = -5182532647273106745

意思就是说，文件流中的class和classpath中的class，也就是修改过后的class，不兼容了，处于安全机制考虑，程序抛出了错误，并且拒绝载入。那么如果我们真的有需求要在序列化后添加一个字段或者方法呢？应该怎么办？那就是自己去指定serialVersionUID。在TestSerialversionUID例子中，没有指定Customer类的serialVersionUID的，那么java编译器会自动给这个class进行一个摘要算法，类似于指纹算法，只要这个文件多一个空格，得到的UID就会截然不同的，可以保证在这么多类中，这个编号是唯一的。所以，添加了一个字段后，由于没有显指定 serialVersionUID，编译器又为我们生成了一个UID，当然和前面保存在文件中的那个不会一样了，于是就出现了2个序列化版本号不一致的错误。因此，只要我们自己指定了serialVersionUID，就可以在序列化后，去添加一个字段，或者方法，而不会影响到后期的还原，还原后的对象照样可以使用，而且还多了方法或者属性可以用。

下面继续修改Customer类，给Customer指定一个serialVersionUID，修改后的代码如下：

class Customer implements Serializable {
    /**
     * Customer类中定义的serialVersionUID(序列化版本号)
     */
    private static final long serialVersionUID = -5182532647273106745L;
    private String name;
    private int age;

    //新添加的sex属性
    //private String sex;
    
    public Customer(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    
    /*public Customer(String name, int age,String sex) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.sex = sex;
    }*/

    /*
     * @MethodName toString
     * @Description 重写Object类的toString()方法
     * @author xudp
     * @return string
     * @see java.lang.Object#toString()
     */
    @Override
    public String toString() {
        return "name=" + name + ", age=" + age;
    }
}

重新执行序列化操作，将Customer对象序列化到本地硬盘的Customer.txt文件存储，然后修改Customer类，添加sex属性，修改后的Customer类代码如下：

class Customer implements Serializable {
    /**
     * Customer类中定义的serialVersionUID(序列化版本号)
     */
    private static final long serialVersionUID = -5182532647273106745L;
    private String name;
    private int age;

    //新添加的sex属性
    private String sex;
    
    public Customer(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    
    public Customer(String name, int age,String sex) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.sex = sex;
    }

    /*
     * @MethodName toString
     * @Description 重写Object类的toString()方法
     * @author xudp
     * @return string
     * @see java.lang.Object#toString()
     */
    @Override
    public String toString() {
        return "name=" + name + ", age=" + age;
    }
}

执行反序列操作，这次就可以反序列成功了，如下所示：

10、序列化 ID 问题

情境：两个客户端 A 和 B 试图通过网络传递对象数据，A 端将对象 C 序列化为二进制数据再传给 B，B 反序列化得到 C。

问题：C 对象的全类路径假设为 com.inout.Test，在 A 和 B 端都有这么一个类文件，功能代码完全一致。也都实现了 Serializable 接口，但是反序列化时总是提示不成功。

解决：虚拟机是否允许反序列化，不仅取决于类路径和功能代码是否一致，一个非常重要的一点是两个类的序列化 ID 是否一致（就是 private static final long serialVersionUID = 1L）。

虽然两个类的功能代码完全一致，但是序列化 ID 不同，他们无法相互序列化和反序列化。

特性使用案例

　　读者应该听过 Façade 模式，它是为应用程序提供统一的访问接口，案例程序中的 Client 客户端使用了该模式，案例程序结构图如图 1 所示。

　　Client 端通过 Façade Object 才可以与业务逻辑对象进行交互。而客户端的 Façade Object 不能直接由 Client 生成，而是需要 Server 端生成，然后序列化后通过网络将二进制对象数据传给 Client，Client 负责反序列化得到 Façade 对象。该模式可以使得 Client 端程序的使用需要服务器端的许可，同时 Client 端和服务器端的 Façade Object 类需要保持一致。当服务器端想要进行版本更新时，只要将服务器端的 Façade Object 类的序列化 ID 再次生成，当 Client 端反序列化 Façade Object 就会失败，也就是强制 Client 端从服务器端获取最新程序。

本文整理自：

https://www.cnblogs.com/xdp-gacl/p/3777987.html

https://blog.csdn.net/u012234915/article/details/53084102

https://www.cnblogs.com/wxgblogs/p/5849951.html

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北冥有鱼

深入理解JAVA序列化

1、示例：

2、相关注意事项

3、对象序列化场景

4. 默认序列化机制

5、Transient关键字

6、writeObject()方法与readObject()方法

7、Externalizable接口

8、readResolve()方法

9、serialVersionUID的作用

10、序列化 ID 问题

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