Java 序列化 JDK序列化总结

 Java 序列化 JDK序列化总结

 @author ixenos

 

 

 

Java序列化是在JDK 1.1中引入的，是Java内核的重要特性之一。Java序列化API允许我们将一个对象转换为流，并通过网络发送，或将其存入文件或数据库以便未来使用，反序列化则是将对象流转换为实际程序中使用的Java对象的过程。Java同步化过程乍看起来很好用，但它会带来一些琐碎的安全性和完整性问题，在文章的后面部分我们会涉及到，以下是本教程涉及的主题。

1. Java序列化接口
2. 使用序列化和serialVersionUID进行类重构
3. Java外部化接口
4. Java序列化方法
5. 序列化结合继承
6. 序列化代理模式

 

Java序列化接口 java.io.Serializable

---

如果你希望一个类对象是可序列化的，你所要做的是实现java.io.Serializable接口。序列化一种标记接口，不需要实现任何字段和方法，这就像是一种选择性加入的处理，通过它可以使类对象成为可序列化的对象。

序列化处理是通过ObjectInputStream和ObjectOutputStream实现的，因此我们所要做的是基于它们进行一层封装，要么将其保存为文件，要么将其通过网络发送。我们来看一个简单的序列化示例。

package com.journaldev.serialization;
 
import java.io.Serializable;
 
public class Employee implements Serializable {
 
//  private static final long serialVersionUID = -6470090944414208496L;
 
    private String name;
    private int id;
    transient private int salary;
//  private String password;
 
    @Override
    public String toString(){
        return "Employee{name="+name+",id="+id+",salary="+salary+"}";
    }
 
    //getter and setter methods
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public int getId() {
        return id;
    }
 
    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }
 
    public int getSalary() {
        return salary;
    }
 
    public void setSalary(int salary) {
        this.salary = salary;
    }
 
//  public String getPassword() {
//      return password;
//  }
//
//  public void setPassword(String password) {
//      this.password = password;
//  }
 
}

 

注意一下，这是一个简单的java bean，拥有一些属性以及getter-setter方法，如果你想要某个对象属性不被序列化成流，你可以使用transient关键字，正如示例中我在salary变量上的做法那样。

 

现在我们假设需要把我们的对象写入文件，之后从相同的文件中将其反序列化，因此我们需要一些工具方法，通过使用ObjectInputStream和ObjectOutputStream来达到序列化的目的。

package com.journaldev.serialization;
 
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
 
/**
 * A simple class with generic serialize and deserialize method implementations
 *
 * @author pankaj
 *
 */
public class SerializationUtil {
 
    // deserialize to Object from given file
    public static Object deserialize(String fileName) throws IOException,
            ClassNotFoundException {
        FileInputStream fis = new FileInputStream(fileName);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
        Object obj = ois.readObject();
        ois.close();
        return obj;
    }
 
    // serialize the given object and save it to file
    public static void serialize(Object obj, String fileName)
            throws IOException {
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fileName);
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
        oos.writeObject(obj);
 
        fos.close();
    }
 
}

 

注意一下，方法的参数是Object，它是任何Java类的基类，这样写法以一种很自然的方式保证了通用性。

 

现在我们来写一个测试程序，看一下Java序列化的实战。

package com.journaldev.serialization;
 
import java.io.IOException;
 
public class SerializationTest {
 
    public static void main(String[] args) {
        String fileName="employee.ser";
        Employee emp = new Employee();
        emp.setId(100);
        emp.setName("Pankaj");
        emp.setSalary(5000);
 
        //serialize to file
        try {
            SerializationUtil.serialize(emp, fileName);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return;
        }
 
        Employee empNew = null;
        try {
            empNew = (Employee) SerializationUtil.deserialize(fileName);
        } catch (ClassNotFoundException | IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
        System.out.println("emp Object::"+emp);
        System.out.println("empNew Object::"+empNew);
    }
 
}

 

运行以上测试程序，可以得到以下输出。

emp Object::Employee{name=Pankaj,id=100,salary=5000}
empNew Object::Employee{name=Pankaj,id=100,salary=0}

由于salary是一个transient变量，它的值不会被存入文件中，因此也不会在新的对象中被恢复。类似的，静态变量的值也不会被序列化，因为他们是属于类而非对象的。

   

 

使用序列化和serialVersionUID进行类重构

---

Java序列化允许java类中的一些变化，如果他们可以被忽略的话。一些不会影响到反序列化处理的变化有：

• 在类中添加一些新的变量。
• 将变量从transient转变为非tansient，对于序列化来说，就像是新加入了一个变量而已。
• 将变量从静态的转变为非静态的，对于序列化来说，就也像是新加入了一个变量而已。

不过这些变化要正常工作，java类需要具有为该类定义的serialVersionUID，我们来写一个测试类，只对之前测试类已经生成的序列化文件进行反序列化。

package com.journaldev.serialization;
 
import java.io.IOException;
 
public class DeserializationTest {
 
    public static void main(String[] args) {
 
        String fileName="employee.ser";
        Employee empNew = null;
 
        try {
            empNew = (Employee) SerializationUtil.deserialize(fileName);
        } catch (ClassNotFoundException | IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
        System.out.println("empNew Object::"+empNew);
 
    }
 
}

 

现在，在Employee类中去掉”password”变量的注释和它的getter-setter方法，运行。你会得到以下异常。

java.io.InvalidClassException: com.journaldev.serialization.Employee; local class incompatible: stream classdesc serialVersionUID = -6470090944414208496, local class serialVersionUID = -6234198221249432383
    at java.io.ObjectStreamClass.initNonProxy(ObjectStreamClass.java:604)
    at java.io.ObjectInputStream.readNonProxyDesc(ObjectInputStream.java:1601)
    at java.io.ObjectInputStream.readClassDesc(ObjectInputStream.java:1514)
    at java.io.ObjectInputStream.readOrdinaryObject(ObjectInputStream.java:1750)
    at java.io.ObjectInputStream.readObject0(ObjectInputStream.java:1347)
    at java.io.ObjectInputStream.readObject(ObjectInputStream.java:369)
    at com.journaldev.serialization.SerializationUtil.deserialize(SerializationUtil.java:22)
    at com.journaldev.serialization.DeserializationTest.main(DeserializationTest.java:13)
empNew Object::null

 

原因很显然，上一个类和新类的serialVersionUID是不同的，事实上如果一个类没有定义serialVersionUID，它会自动计算出来并分配给该类。Java使用类变量、方法、类名称、包，等等来产生这个特殊的长数。如果你在任何一个IDE上工作，你都会得到警告“可序列化类Employee没有定义一个静态的final的serialVersionUID，类型为long”。

我们可以使用java工具”serialver”来产生一个类的serialVersionUID，对于Employee类，可以执行以下命令。

SerializationExample/bin$serialver -classpath . com.journaldev.serialization.Employee

 

记住，从程序本身生成序列版本并不是必须的，我们可以根据需要指定值，这个值的作用仅仅是告知反序列化处理机制，新的类是相同的类的新版本，应该进行可能的反序列化处理。

举个例子，在Employee类中仅仅将serialVersionUID字段的注释去掉，运行SerializationTest程序。现在再将Employee类中的password字段的注释去掉，运行DeserializationTest程序，你会看到对象流被成功地反序列化了，因为Employee类中的变动与序列化处理是相容的。

 

 

Java外部化接口 java.io.Externalizable

---

如果你在序列化处理中留个心，你会发现它是自动处理的。有时候我们想要去隐藏对象数据，来保持它的完整性，可以通过实现java.io.Externalizable接口，并提供writeExternal()和readExternal()方法的实现，它们被用于序列化处理。

package com.journaldev.externalization;
 
import java.io.Externalizable;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInput;
import java.io.ObjectOutput;
 
public class Person implements Externalizable{
 
    private int id;
    private String name;
    private String gender;
 
    @Override
    public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
        out.writeInt(id);
        out.writeObject(name+"xyz");
        out.writeObject("abc"+gender);
    }
 
    @Override
    public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException,
            ClassNotFoundException {
        id=in.readInt();
        //read in the same order as written
        name=(String) in.readObject();
        if(!name.endsWith("xyz")) throw new IOException("corrupted data");
        name=name.substring(0, name.length()-3);
        gender=(String) in.readObject();
        if(!gender.startsWith("abc")) throw new IOException("corrupted data");
        gender=gender.substring(3);
    }
 
    @Override
    public String toString(){
        return "Person{id="+id+",name="+name+",gender="+gender+"}";
    }
    public int getId() {
        return id;
    }
 
    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }
 
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public String getGender() {
        return gender;
    }
 
    public void setGender(String gender) {
        this.gender = gender;
    }
 
}

 

注意，在将其转换为流之前，我已经更改了字段的值，之后读取时会得到这些更改，通过这种方式，可以在某种程度上保证数据的完整性，我们可以在读取流数据之后抛出异常，表明完整性检查失败。

 

来看一个测试程序。

package com.journaldev.externalization;
 
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
 
public class ExternalizationTest {
 
    public static void main(String[] args) {
 
        String fileName = "person.ser";
        Person person = new Person();
        person.setId(1);
        person.setName("Pankaj");
        person.setGender("Male");
 
        try {
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fileName);
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
            oos.writeObject(person);
            oos.close();
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
 
        FileInputStream fis;
        try {
            fis = new FileInputStream(fileName);
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
            Person p = (Person)ois.readObject();
            ois.close();
            System.out.println("Person Object Read="+p);
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
    }
 
}

 

运行以上测试程序，可以得到以下输出。

Person Object Read=Person{id=1,name=Pankaj,gender=Male}

那么哪个方式更适合被用来做序列化处理呢？实际上使用序列化接口更好，当你看到这篇教程的末尾时，你会知道原因的。

 

Serializable和Externalizable的区别与联系

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1、Externalizable继承自Serializable；Externalizable 实例也可以通过 Serializable 接口中记录的 writeReplace 和 readResolve 方法来指派一个替代对象

2、实现Externalizable接口的类必须有默认构造方法。在读入可外部化的(Externalizable)类时，对象流将先用无参构造器创建一个对象，然后调用readExternal方法按writeExternal定义的机制反序列化；

3、若要完全控制某一对象及其超类型的流格式和内容，则它要实现 Externalizable 接口的 writeExternal 和 readExternal 方法。这些方法必须显式与超类型进行协调以保存其状态。这些方法将代替定制的 writeObject 和 readObject 方法实现；write/readExternal要对包括超类数据在内的整个对象的存储和恢复负全责，而Serializable在流中仅仅记录该对象所属的类的属性状态；

public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException,
      ClassNotFoundException {
     name = (String) in.readObject();
     password = (String) in.readObject();
}

public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
    out.writeObject( name);
    out.writeObject( password);
}

 

4、相比Serializable，Externalizable序列化的速度更快，序列化之后的数据更小，但读和取都需要开发人员自行实现， Serializable开发相对简单，速度慢，序列化后的数据更大些。 

 

5、这两种序列化方式都有一个特点，如果多个对象a的内部属性b同时指向同一个对象，即同时引用了另外一个对象b。序列化->反序列化之后，这几个对象属性还是会同时指向同一个对象b，不会反序列化出多个b对象。 
但是，如果多个对象a是多次被序列化的，在反序列后对象b会被反序列化多次，因为反序列化时都调用构造器(Externalizable调用无参构造器)在堆中生成新对象，内存地址都是不同的，即多个a对象的属性b是不一样的。 

 

6、Serialization 对象将使用 Serializable 和 Externalizable 接口。对象持久性机制也可以使用它们。要存储的每个对象都需要检测是否支持 Externalizable 接口。

　　a) 如果对象支持 Externalizable，则调用 writeExternal 方法。如果对象不支持 Externalizable 但实现了 Serializable，则使用 ObjectOutputStream 保存该对象。

　　b) 在重构 Externalizable 对象时，先使用无参数的公共构造方法创建一个实例，然后调用 readExternal 方法。通过从 ObjectInputStream 中读取 Serializable 对象可以恢复这些对象。

 

 

 

Java序列化方法 java.io.Serializable

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我们已经看到了，java的序列化是自动的，我们所要做的仅仅是实现序列化接口，其实现已经存在于ObjectInputStream和ObjectOutputStream类中了。不过如果我们想要更改存储数据的方式，比如说在对象中含有一些敏感信息，在存储/获取它们之前我们要进行加密/解密，这该怎么办呢？这就是为什么在类中我们拥有四种方法，能够改变序列化行为。

如果以下方法在被序列化类中存在，它们就会被用于序列化处理。

1. readObject(ObjectInputStream ois)：如果这个方法存在，ObjectInputStream readObject()方法会调用该方法从流中读取对象。
2. writeObject(ObjectOutputStream oos)：如果这个方法存在，ObjectOutputStream writeObject()方法会调用该方法从流中写入对象。一种普遍的用法是隐藏对象的值来保证完整性。
3. Object writeReplace()：如果这个方法存在，那么在序列化处理之后，该方法会被调用并将返回的对象序列化到流中。
4. Object readResolve()：如果这个方法存在，那么在序列化处理之后，该方法会被调用并返回一个最终的对象给调用程序（keyijinxing）。一种使用方法是在序列化类中实现单例模式，你可以从序列化和单例中读到更多知识。此方法返回的对象，会被作为readOjbect的返回值（即使readObject方法定义并没有返回任何对象）

通常情况下，当实现以上方法时，应该将其设定为私有类型，这样子类就无法覆盖它们了，因为它们本来就是为了序列化而建立的，设定为私有类型能避免一些安全性问题。

 

 　　readObejct和writeObject的具体示例：Java Object 对象序列化和反序列化

　　writeReplace和readResolve的具体示例：Java Object 序列化与单例模式 以及本文的 序列化代理模式

 

 

序列化结合继承

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有时候我们需要对一个没有实现序列化接口的类进行扩展，如果依赖于自动化的序列化行为，而一些状态是父类拥有的，那么它们将不会被转换为流，因此以后也无法获取。

在此，readObject()和writeObject()就可以派上大用处了，通过提供它们的实现，我们可以将父类的状态存入流中，以便今后获取。我们来看一下实战。

package com.journaldev.serialization.inheritance;
 
public class SuperClass {
 
    private int id;
    private String value;
 
    public int getId() {
        return id;
    }
    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }
    public String getValue() {
        return value;
    }
    public void setValue(String value) {
        this.value = value;
    }
 
}

 

父类是一个简单的java bean，没有实现序列化接口。

package com.journaldev.serialization.inheritance;
 
import java.io.IOException;
import java.io.InvalidObjectException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectInputValidation;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;
 
public class SubClass extends SuperClass implements Serializable, ObjectInputValidation{
 
    private static final long serialVersionUID = -1322322139926390329L;
 
    private String name;
 
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    @Override
    public String toString(){
        return "SubClass{id="+getId()+",value="+getValue()+",name="+getName()+"}";
    }
 
    //adding helper method for serialization to save/initialize super class state
    private void readObject(ObjectInputStream ois) throws ClassNotFoundException, IOException{
        ois.defaultReadObject();
 
        //注意读和写的顺序要一致，反序列化出值，再赋给父类属性
        setId(ois.readInt());
        setValue((String) ois.readObject());
 
    }
 
    private void writeObject(ObjectOutputStream oos) throws IOException{
        oos.defaultWriteObject();
 　　　　　　　//调用父类的getId获得值单独写到序列化流中
        oos.writeInt(getId());
        oos.writeObject(getValue());
    }
 
    @Override
    public void validateObject() throws InvalidObjectException {
        //validate the object here
        if(name == null || "".equals(name)) throw new InvalidObjectException("name can't be null or empty");
        if(getId() <=0) throw new InvalidObjectException("ID can't be negative or zero");
    }
 
}

 

注意，将额外数据写入流和读取流的顺序应该是一致的，我们可以在读与写之中添加一些逻辑，使其更安全。

同时还需要注意，这个类实现了ObjectInputValidation接口，通过实现validateObject()方法，可以添加一些业务验证来确保数据完整性没有遭到破坏。

以下通过编写一个测试类，看一下我们是否能够从序列化的数据中获取父类的状态。

package com.journaldev.serialization.inheritance;
 
import java.io.IOException;
 
import com.journaldev.serialization.SerializationUtil;
 
public class InheritanceSerializationTest {
 
    public static void main(String[] args) {
        String fileName = "subclass.ser";
 
        SubClass subClass = new SubClass();
        subClass.setId(10);
        subClass.setValue("Data");
        subClass.setName("Pankaj");
 
        try {
            SerializationUtil.serialize(subClass, fileName);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return;
        }
 
        try {
            SubClass subNew = (SubClass) SerializationUtil.deserialize(fileName);
            System.out.println("SubClass read = "+subNew);
        } catch (ClassNotFoundException | IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
}

 

运行以上测试程序，可以得到以下输出。

SubClass read = SubClass{id=10,value=Data,name=Pankaj}

因此通过这种方式，可以序列化父类的状态，即便它没有实现序列化接口。当父类是一个我们无法改变的第三方的类，这个策略就有用武之地了。

 

 

序列化代理模式

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Java序列化也带来了一些严重的误区，比如：

• 类的结构无法大量改变，除非中断序列化处理，因此即便我们之后已经不需要某些变量了，我们也需要保留它们，仅仅是为了向后兼容。
• 序列化会导致巨大的安全性危机，一个攻击者可以更改流的顺序，继而对系统造成伤害。举个例子，用户角色被序列化了，攻击者可以更改流的值为admin，再执行恶意代码。

序列化代理模式是一种使序列化能达到极高安全性的方式，在这个模式下，一个内部的私有静态类被用作序列化的代理类，该类的设计目的是用于保留主类的状态。这个模式的实现需要合理实现readResolve()和writeReplace()方法。

让我们先来写一个类，实现了序列化代码模式，之后再对其进行分析，以便更好的理解原理。

package com.journaldev.serialization.proxy;
 
import java.io.InvalidObjectException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.Serializable;
 
public class Data implements Serializable{
 
    private static final long serialVersionUID = 2087368867376448459L;
 
    private String data;
 
    public Data(String d){
        this.data=d;
    }
 
    public String getData() {
        return data;
    }
 
    public void setData(String data) {
        this.data = data;
    }
 
    @Override
    public String toString(){
        return "Data{data="+data+"}";
    }
 
    //serialization proxy class
    private static class DataProxy implements Serializable{
 
        private static final long serialVersionUID = 8333905273185436744L;
 
        private String dataProxy;
        private static final String PREFIX = "ABC";
        private static final String SUFFIX = "DEFG";
 
        public DataProxy(Data d){
            //obscuring data for security
            this.dataProxy = PREFIX + d.data + SUFFIX;
        }
 
        private Object readResolve() throws InvalidObjectException {
            if(dataProxy.startsWith(PREFIX) && dataProxy.endsWith(SUFFIX)){
            return new Data(dataProxy.substring(3, dataProxy.length() -4));
            }else throw new InvalidObjectException("data corrupted");
        }
 
    }
 
    //replacing serialized object to DataProxy object
    private Object writeReplace(){
        return new DataProxy(this);
    }
 
    private void readObject(ObjectInputStream ois) throws InvalidObjectException{
        throw new InvalidObjectException("Proxy is not used, something fishy");
    }
}

 

• Data和DataProxy类都应该实现序列化接口。
• DataProxy应该能够保留Data对象的状态。
• DataProxy是一个内部的私有静态类，因此其他类无法访问它。
• DataProxy应该有一个单独的构造方法，接收Data作为参数。
• Data类应该提供writeReplace()方法，返回DataProxy实例，这样当Data对象被序列化时，返回的流是属于DataProxy类的，不过DataProxy类在外部是不可见的，所有它不能被直接使用。
• DataProxy应该实现readResolve()方法，返回Data对象，这样当Data类被反序列化时，在内部其实是DataProxy类被反序列化了，之后它的readResolve()方法被调用，我们得到了Data对象。
• 最后，在Data类中实现readObject()方法，抛出InvalidObjectException异常，防止黑客通过伪造Data对象的流并对其进行解析，继而执行攻击。

 

我们来写一个小测试，检查一下这样的实现是否能工作。

package com.journaldev.serialization.proxy;
 
import java.io.IOException;
 
import com.journaldev.serialization.SerializationUtil;
 
public class SerializationProxyTest {
 
    public static void main(String[] args) {
        String fileName = "data.ser";
 
        Data data = new Data("Pankaj");
 
        try {
            SerializationUtil.serialize(data, fileName);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
        try {
            Data newData = (Data) SerializationUtil.deserialize(fileName);
            System.out.println(newData);
        } catch (ClassNotFoundException | IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
}

 

运行以上测试程序，可以得到以下输出。

Data{data=Pankaj

如果你打开data.ser文件，可以看到DataProxy对象已经被作为流存入了文件中。

这就是Java序列化的所有内容，看上去很简单但我们应当谨慎地使用它，通常来说，最好不要依赖于默认实现。你可以从上面的链接中下载项目，玩一玩，这能让你学到更多。

 

 

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本文参考以下内容:

原文链接： journaldev 翻译： ImportNew.com - Justin Wu
译文链接： http://www.importnew.com/14465.html