分布式架构基础-序列化和反序列化
了解序列化的意义
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。
简单来说，序列化是把对象的状态信息转化为可存储或传输的形式，也就是把对象转化为字节序列的过程称为对象的序列化。反序列化是序列化的逆向过程，把字节数组反序列化为对象，把字节序列恢复为对象的过程称为对象的反序列化。
序列化面临的挑战
评价一个序列化算法优劣的两个重要指标是：
1》序列化以后的数据大小
2》序列化操作本身的速度及系统资源开销（CPU、内存）
Java语言本身提供了对象序列化机制，也是Java语言本身最重要的底层机制之一，Java本身提供的序列化机制存在两个问题：
1》序列化的数据比较大，传输效率低
2》其他语言无法识别和对接
如何实现一个序列化操作
在Java中，只要一个类实现了java.io.Serializable接口，那么它就可以被序列化。
先定义一个序列化接口：
public interface ISerializer {
byte[] serializer(T obj);
T deSerializer(byte[] data,Class clazz);
} JDK提供了Java对象的序列化方式 ， 主要通过输出流java.io.ObjectOutputStream 和对象输入流 java.io.ObjectInputStream来实现。其中，被序列化的对象需要实现 java.io.Serializable接口。
public class JavaSerializer implements ISerializer {
/**
* 序列化方法
* @param obj
* @param
* @return
*/
@Override
public byte[] serializer(T obj) {
ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream=new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream objectOutputStream=null;
try {
objectOutputStream=new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);
objectOutputStream.writeObject(obj);
return byteArrayOutputStream.toByteArray();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if(objectOutputStream!=null){
try {
objectOutputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
try {
byteArrayOutputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return null;
}
/**
* 反序列化方法
* @param data
* @param clazz
* @param
* @return
*/
@Override
public T deSerializer(byte[] data, Class clazz) {
ByteArrayInputStream byteArrayInputStream=new ByteArrayInputStream(data);
ObjectInputStream objectInputStream=null;
try {
objectInputStream=new ObjectInputStream(byteArrayInputStream);
return (T)objectInputStream.readObject();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if(objectInputStream!=null){
try {
objectInputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
try {
byteArrayInputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return null;
}
} 具体实现，对User对象进行序列化操作。
public class User implements Serializable{
private String name;
private int age;
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "User{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
ISerializer serializer=new JavaSerializer();
User user=new User();
user.setName("taofut");
user.setAge(27);
byte[] bytes=serializer.serializer(user);
User user1=serializer.deSerializer(bytes,User.class);
System.out.println(user1);
}
//执行结果：User{name='taofut', age=27}
}序列化的高阶认识
serialVersionUID的作用
Java的序列化机制是通过判断类的serialVersionUID来验证版本一致性的。在进行反序列化时，JVM会把传来的字节流中的serialVersionUID与本地相应实体类的serialVersionUID进行比较，如果相同就认为是一致的，可以进行反序列化，否则就会出现序列化版本不一致的异常，即是InvalidCastException。
如果没有为指定的class配置serialVersionUID，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，只要这个文件有任何改动，得到的UID就会截然不同，可以保证在这么多类中，这个编号是唯一的。
serialVersionUID有两种显示的生成方式：
一是默认的1L，比如：private static final long serialVersionUID = 1L;
二是根据类名、接口名、成员方法及属性等来生成一个64位的哈希字段。
当实现java.io.Serializable接口的类没有显式地定义一个serialVersionUID变量的时候，Java序列化机制会根据编译的Class自动生成一个serialVersionUID当作序列化版本来比较用，这种情况下，如果Class文件(类名，方法名等)没有发生变化(增加空格，换行，增加注释等等)，就算再编译多次，serialVersionUID也不会变化。
静态变量序列化
在User中添加一个全局的静态变量num ， 在执行序列化以后修改num的值为10， 然后通过反序列化以后得到的对象去输出num的值。
public class User implements Serializable{
private String name;
private int age;
public static int num=5;//设置静态变量num值为5
...
...
...
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
ISerializer serializer=new JavaSerializer();
User user=new User();
user.setName("taofut");
user.setAge(27);
byte[] bytes=serializer.serializer(user);
//序列化以后，将num值改为10
User.num=10;
User user1=serializer.deSerializer(bytes,User.class);
System.out.println(user1+"--"+User.num);
}
//执行结果：User{name='taofut', age=27}--10
}最后的输出是10，我们可能会觉得，10是在序列化之后修改的，按理说反序列化应该输出的是5才对。理论上打印的num是从读取的对象里获得的，应该是保存时的状态才对。之所以打印10的原因在于序列化时，并不保存静态变量，这其实比较容易理解，序列化保存的是对象的状态，静态变量属于类的状态，因此序列化并不保存静态变量。
父类的序列化
一个子类实现了Serializable接口，而它的父类却没有实现Serializable接口，在子类中设置父类的成员变量的值，接着序列化该子类对象。再反序列化出来以后输出父类属性的值。结果应该是什么？
public class SuperUser {
String sex;
public String getSex() {
return sex;
}
public void setSex(String sex) {
this.sex = sex;
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
ISerializer serializer=new JavaSerializer();
User user=new User();
user.setName("taofut");
user.setAge(27);
user.setSex("男");
byte[] bytes=serializer.serializer(user);
User.num=10;
User user1=serializer.deSerializer(bytes,User.class);
System.out.println(user1+"--"+user1.getSex());
}
//执行结果：User{name='taofut', age=27}--null
}最终结果发现，父类的sex字段的值为null，也就是说父类没有实现序列化。
结论：
1》 当一个父类没有实现序列化时，子类继承该父类并且实现了序列化。在反序列化该子类后，是没办法获取到父类的属性值的。
2》当一个父类实现序列化，子类自动实现序列化，不需要再显示实现Serializable接口。
3》当一个对象的实例变量引用了其他对象，序列化该对象时也会把引用对象进行序列化，但是前提是该引用对象必须实现序列化接口。
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。
public class UserTwo extends SuperUser implements Serializable{
private String name;
private int age;
public static int num=5;
private transient String address;
...
...
...
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
ISerializer serializer=new JavaSerializer();
UserTwo user=new UserTwo();
user.setName("taofut");
user.setAge(27);
user.setSex("男");
user.setAddress("浙江省");//该字段被transient修饰过
byte[] bytes=serializer.serializer(user);
UserTwo user1=serializer.deSerializer(bytes,UserTwo.class);
System.out.println(user1+"--"+user1.getAddress());
}
//执行结果：User{name='taofut', age=27}--null
}绕开transient机制的办法
public class UserTwo extends SuperUser implements Serializable{
private String name;
private int age;
public static int num=5;
private transient String address;
//序列化对象
private void writeObject(ObjectOutputStream objectOutputStream) throws IOException {
objectOutputStream.defaultWriteObject();
objectOutputStream.writeObject(address);
}
//反序列化
private void readObject(ObjectInputStream objectInputStream) throws IOException, ClassNotFoundException {
objectInputStream.defaultReadObject();
address=(String)objectInputStream.readObject();
}
...
...
...
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
ISerializer serializer=new JavaSerializer();
UserTwo user=new UserTwo();
user.setName("taofut");
user.setAge(27);
user.setSex("男");
user.setAddress("浙江省");
byte[] bytes=serializer.serializer(user);
UserTwo user1=serializer.deSerializer(bytes,UserTwo.class);
System.out.println(user1+"--"+user1.getAddress());
}
//执行结果：User{name='taofut', age=27}--浙江省
}以上代码可能会产生一个疑问：writeObject和readObject这两个私有的方法，既不属于 Object、也不是Serializable，为什么能够在序列化的时候被调用呢？ 原因是，ObjectOutputStream使用了反射来寻找是否声明了这两个方法。因为ObjectOutputStream使用getPrivateMethod，（反射可以绕开权限限制）所以这些方法必须声明为priate，以至于供ObjectOutputStream来使用。
对希望采用自定义序列化的字段用transient修饰，然后在先调用writeObject和readObject方法中对transient修饰的字段进行序列化，并在方法最开始调用defaultReadObject和defaultReadObject方法，对其他字段采用默认序列化方式。这样的好处是方便兼容。
被transient修饰的成员，只是不能被默认的序列化方法序列化（从源码中也可以看到），但却可以被自定义的序列化方法序列化。
序列化的存储规则
public class StoreRuleDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException{
ObjectOutputStream outputStream=new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(new File("user")));
User user=new User();
user.setName("taofut");
user.setAge(27);
user.setSex("男");
outputStream.flush();
outputStream.writeObject(user);
System.out.println(new File("user").length());
outputStream.writeObject(user);
outputStream.flush();
outputStream.close();
System.out.println(new File("user").length());
}
//执行结果：
//89
//94
}我们发现，同一对象两次写入文件，打印出写入一次对象后的存储大小和写入两次后的存储大小，第二次写入对象时文件只增加了5个字节。
这是因为，Java 序列化机制为了节省磁盘空间，具有特定的存储规则，当写入文件为同一对象时，并不会再将对象的内容进行存储，而只是再次存储一份引用，上面增加的5个字节的存储空间就是新增引用和一些控制信息的空间。反序列化时，恢复引用关系，该存储规则极大的节省了存储空间。
序列化实现深克隆
1》浅克隆机制：被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值，而所有的对其他对象的引用仍然指向原来的对象。
public class CloneDemo {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Email email=new Email();
email.setContent("今天晚上6点开会");
Person p1=new Person("taofut");
p1.setEmail(email);
Person p2=p1.clone();
p2.setName("fut");
p2.getEmail().setContent("今天晚上6点半开会");
System.out.println(p1.getName()+"->"+p1.getEmail().getContent());
System.out.println(p2.getName()+"->"+p2.getEmail().getContent());
}
//执行结果：
//taofut->今天晚上6点半开会
//fut->今天晚上6点半开会
}以上案例很好的说明了，浅克隆不能复制新的引用，Email引用还是指向的同一个对象，这就导致了都是”今天晚上6点半开会”的结果出现。
2》深克隆机制：被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值，除去那些引用其他对象的变量。那些引用其他对象的变量将指向被复制过的新对象，而不再是原有的那些被引用的对象。换言之，深拷贝把要复制的对象所引用的对象都复制了一遍。
public class Email implements Serializable{
private String content;
public String getContent() {
return content;
}
public void setContent(String content) {
this.content = content;
}
}
public class Person implements Cloneable,Serializable{
private String name;
private Email email;
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public Email getEmail() {
return email;
}
public void setEmail(Email email) {
this.email = email;
}
@Override
protected Person clone() throws CloneNotSupportedException {
return (Person) super.clone();
}
public Person(String name) {
this.name = name;
}
//深克隆方法
public Person deepClone() throws IOException,ClassNotFoundException{
ByteArrayOutputStream bos=new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream outputStream=
new ObjectOutputStream(bos);
outputStream.writeObject(this);
ByteArrayInputStream bis=new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ObjectInputStream inputStream=new ObjectInputStream(bis);
return (Person)inputStream.readObject();
}
}
public class DeepDemo {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException, IOException, ClassNotFoundException {
Email email=new Email();
email.setContent("今天晚上6点开会");
Person p1=new Person("taofut");
p1.setEmail(email);
Person p2=p1.deepClone();
p2.setName("fut");
p2.getEmail().setContent("今天晚上6点半开会");
System.out.println(p1.getName()+"->"+p1.getEmail().getContent());
System.out.println(p2.getName()+"->"+p2.getEmail().getContent());
}
//执行结果：
//taofut->今天晚上6点开会
//fut->今天晚上6点半开会
}这样就能实现深克隆效果，原理是把对象序列化输出到一个流中，然后在把对象从序列化流中读取出来，这个对象就不是原来的对象了。