java知识总结5--序列化

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Java 序列化详解

1、什么是序列化?什么是反序列化?

​ 需要将java对象保存在文件中、或者在网站上传输等持久化java对象，这些场景需要序列化。

​ 序列化：将数据结构或者对象转换成二进制字节流的过程

​ 反序列化：将序列化生成的二进制字节流转换成 数据结构或者 对象的 过程

在java中，序列化的都是 对象 （类），C++中 struct(结构体)中定义的是数据结构， class对应的是对象。

序列化的主要目的是通过网络传输对象或者说是将对象存储到文件系统、数据库、内存中。

2、实际开发中有哪些用到序列化和反序列化的场景？

1. 对象在进行网络传输（比如远程方法调用 RPC 的时候）之前需要先被序列化，接收到序列化的对象之后需要再进行反序列化；
2. 将对象存储到文件中的时候需要进行序列化，将对象从文件中读取出来需要进行反序列化。
3. 将对象存储到缓存数据库（如 Redis）时需要用到序列化，将对象从缓存数据库中读取出来需要反序列化。

3、序列化协议对应于 TCP/IP 4 层模型的哪一层？

TCP/IP 4层模型：

1. 应用层
2. 传输层
3. 网络层
4. 网络接口层

​ OSI 七层协议模型中，表示层做的事情主要就是对应用层的用户数据进行处理转换为二进制流。反过来的话，就是将二进制流转换成应用层的用户数据。这不就对应的是序列化和反序列化么？

​ 因为，OSI 七层协议模型中的应用层、表示层和会话层对应的都是 TCP/IP 四层模型中的应用层，所以序列化协议属于 TCP/IP 协议应用层的一部分。

常见序列化协议对比

1、JDK 自带的序列化方式

​ JDK 自带的序列化，只需实现 java.io.Serializable接口即可。

@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@Getter
@Builder
@ToString
public class RpcRequest implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1905122041950251207L;
    private String requestId;
    private String interfaceName;
    private String methodName;
    private Object[] parameters;
    private Class<?>[] paramTypes;
    private RpcMessageTypeEnum rpcMessageTypeEnum;
}

我们很少或者几乎不会直接使用这个序列化方式，主要原因有两个：

1. 不支持跨语言调用 : 如果调用的是其他语言开发的服务的时候就不支持了。
2. 性能差 ：相比于其他序列化框架性能更低，主要原因是序列化之后的字节数组体积较大，导致传输成本加大。

2、Kryo

​ Kryo 是一个高性能的序列化/反序列化工具，由于其 变长存储特性 并 使用了字节码生成机制，拥有**较高的运行速度 **和 较小的字节码体积。

​ 另外，Kryo 已经是一种非常成熟的序列化实现了，已经在 Twitter、Groupon、Yahoo 以及多个著名开源项目（如 Hive、Storm）中广泛的使用。

/**
 * Kryo serialization class, Kryo serialization efficiency is very high, but only compatible with Java language
 *
 * @author shuang.kou
 * @createTime 2020年05月13日 19:29:00
 */
@Slf4j
public class KryoSerializer implements Serializer {

    /**
     * Because Kryo is not thread safe. So, use ThreadLocal to store Kryo objects
     */
    private final ThreadLocal<Kryo> kryoThreadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> {
        Kryo kryo = new Kryo();
        kryo.register(RpcResponse.class);
        kryo.register(RpcRequest.class);
        return kryo;
    });

    @Override
    public byte[] serialize(Object obj) {
        try (ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
             Output output = new Output(byteArrayOutputStream)) {
            Kryo kryo = kryoThreadLocal.get();
            // Object->byte:将对象序列化为byte数组
            kryo.writeObject(output, obj);
            kryoThreadLocal.remove();
            return output.toBytes();
        } catch (Exception e) {
            throw new SerializeException("Serialization failed");
        }
    }

    @Override
    public <T> T deserialize(byte[] bytes, Class<T> clazz) {
        try (ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(bytes);
             Input input = new Input(byteArrayInputStream)) {
            Kryo kryo = kryoThreadLocal.get();
            // byte->Object:从byte数组中反序列化出对对象
            Object o = kryo.readObject(input, clazz);
            kryoThreadLocal.remove();
            return clazz.cast(o);
        } catch (Exception e) {
            throw new SerializeException("Deserialization failed");
        }
    }

}

3、Protobuf

​ Protobuf 出自于 Google，性能还比较优秀，也支持多种语言，同时还是跨平台的。就是在使用中过于繁琐，因为你需要自己定义 IDL 文件和生成对应的序列化代码。这样虽然不然灵活，但是，另一方面导致 protobuf 没有序列化漏洞的风险。

一个简单的 proto 文件如下：

// protobuf的版本
syntax = "proto3";
// SearchRequest会被编译成不同的编程语言的相应对象，比如Java中的class、Go中的struct
message Person {
  //string类型字段
  string name = 1;
  // int 类型字段
  int32 age = 2;
}

总结：

​ Kryo 是专门针对 Java 语言序列化方式并且性能非常好，如果你的应用是专门针对 Java 语言的话可以考虑使用，并且 Dubbo 官网的一篇文章中提到说推荐使用 Kryo 作为生产环境的序列化方式。

像 Protobuf、 ProtoStuff、hession 这类都是跨语言的序列化方式，如果有跨语言需求的话可以考虑使用。