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Java对象序列化详解

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写在前面

Java对象是在JVM中生成的，如果需要远程传输或保存到硬盘上，就需要将Java对象转换成可传输的文件流。
市面上目前有的几种转换方式：

1. 利用Java的序列化功能序列成字节（字节流）也就是接下来要讲的。一般是需要加密传输时才用。
2. 将对象包装成JSON字符串（字符流）
转Json工具有Jackson、FastJson或者GJson，它们各有优缺点：
- JackSon：Map、List的转换可能会出现问题。转复杂类型的Bean时，转换的Json格式不是标准的Json格式。适合处理大文本Json。
- FastJosn：速度最快。将复杂类型的Bean转换成Json可能会有问题：引用类型如果没有引用被出错。适合对性能有要求的场景。
- GJson：功能最全，可以将复杂的Bean和Json字符串进行互转。性能上面比FastJson有所差距。适合处理小文本Json，和对于数据正确性有要求的场景。
3. protoBuf工具(二进制)
性能好，效率高，字节数很小，网络传输节省IO。但二进制格式可读性差。

一、定义

序列化：把Java对象转换为字节序列的过程。
　　
　　反序列化：把字节序列恢复为Java对象的过程。

二、用途

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；（持久化对象）
在网络上传送对象的字节序列。（网络传输对象）
　　
　　Java平台允许我们在内存中创建可复用的Java对象，但只有当JVM（Java虚拟机）处于运行时，这些对象才可能存在，也就是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指定的对象(持久化对象)，并在将来重新读取被保存的对象。
　　　　
　　网络通信时，无论是何种类型的数据，都会转成字节序列的形式在网络上传送。发送方需要把这个Java对象转换为字节序列，才能在网络上传送；接收方则需要把字节序列再恢复为Java对象。

三、实现

实现了如下两个接口之一的类的对象才能被序列化：
　　
　　1） Serializable
　　
　　2） Externalizable

序列化：ObjectOutputStream代表对象输出流，它的writeObject(Object obj)方法可对参数指定的obj对象进行序列化，把得到的字节序列写到一个目标输出流中。

反序化：ObjectInputStream代表对象输入流，它的readObject()方法从一个源输入流中读取字节序列，再把它们反序列化为一个对象，并将其返回。

注：使用writeObject() 和readObject()方法的对象必须已经被序列化

四、serialVersionUID

如果serialVersionUID没有显式生成，系统就会自动生成一个。此时，如果在序列化后我们将该类作添加或减少一个字段等的操作，系统在反序列化时会重新生成一个serialVersionUID然后去和已经序列化的对象进行比较，就会报序列号版本不一致的错误。为了避免这种问题，一般系统都会要求实现serialiable接口的类显式的生明一个serialVersionUID。

所以显式定义serialVersionUID有如下两种用途：
　　　1、希望类的不同版本对序列化兼容时，需要确保类的不同版本具有相同的serialVersionUID；
　　　2、不希望类的不同版本对序列化兼容时，需要确保类的不同版本具有不同的serialVersionUID。

五、序列化机制算法

1. 所有保存到磁盘中的对象都有一个序列化编号
　　
　　2. 当程序试图序列化一个对象时，程序先检查该对象是否已经被序列化过。如果从未被序列化过，系统就会将该对象转换成字节序列并输出；如果已经序列化过，将直接输出一个序列化编号。

六、示例

要被序列化的对象对应的类的代码：

public class Person implements Serializable {  
	 
    private String name = null;  
 
    private Integer age = null;   
    
    public Person(){
		System.out.println("无参构造");
	}
    public Person(String name, Integer age) {  
        this.name = name;  
        this.age = age;  
    }  
	//getter setter方法省略...
    @Override 
    public String toString() {  
        return "[" + name + ", " + age+"]";  
    }  
}

MySerilizable 是一个简单的序列化程序，它先将一个Person对象保存到文件person.txt中，然后再从该文件中读出被存储的Person对象，并打印该对象。

public class MySerilizable {

    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        File file = new File("person.txt");  
 
        //序列化持久化对象
        ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));  
        Person person = new Person("Peter", 27);  
        out.writeObject(person);  
        out.close();  
 
        //反序列化，并得到对象
        ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));  
        Object newPerson = in.readObject(); // 没有强制转换到Person类型  
        in.close();  
        System.out.println(newPerson);  
    }  
}

输出结果：

[Peter, 27]

结果没有打印“无参构造”，说明反序列化机制无需通过构造器来初始Java对象。
　　注：
　　
　　1.）反序列化读取的仅仅是Java对象的数据，而不是Java类，所以在反序列化时必须提供该Java对象所属类的class文件（这里是Person.class），否则会引发ClassNotFoundException异常。
　　
　　2）.当重新读取被保存的Person对象时，并没有调用Person的任何构造器，说明反序列化机制无须通过构造器来初始化对象。

七、选择序列化

transient

当对某个对象进行序列化时，系统会自动将该对象的所有属性依次进行序列化，如果某个属性引用到别一个对象，则被引用的对象也会被序列化。如果被引用的对象的属性也引用了其他对象，则被引用的对象也会被序列化。这就是递归序列化。

有时候，我们并不希望出现递归序列化，或是某个存敏感信息（如银行密码）的属性不被序列化，我们就可通过transient关键字修饰该属性来阻止被序列化。

将上面的Person类的age属性用transient修饰：

transient private Integer age = null;

再去执行MySerilizable的结果为：

[Peter, null] //返序列化时没有值，说明age字段未被序列化

writeObject()方法与readObject()方法

使用transient关键字阻止序列化虽然简单方便，但被它修饰的属性被完全隔离在序列化机制之外，导致了在反序列化时无法获取该属性的值，而通过在需要序列化的对象的Java类里加入writeObject()方法与readObject()方法可以控制如何序列化各属性，甚至完全不序列化某些属性（此时就transient一样）。
　　
　　如果我们想要上面的Person类里的name属性在序列化后存在文件里不让别人知道具体是什么（加密），我们就可在Person类里加如下代码：

//自定义序列化
 private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {      	
    // out.defaultWriteObject();  // 将当前类的非静态和非瞬态字段写入此流。
    //如果不写，如果还有其他字段，则不会被序列化
    
 	out.writeObject(new StringBuffer(name).reverse());
 	 //将name简单加密（反转），这样别人就知道是怎么回事，当然实际应用不可能这样加密。
 	 
     out.writeInt(age);  
 }  

//反序列化
 private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {  
 	//in.defaultReadObject();// 从此流读取当前类的非静态和非瞬态字段。
 	//如果不写，其他字段就不能被反序列化
 	
  	 name = ((StringBuffer)in.readObject()).reverse().toString();  //解密
 	
     age = in.readInt();  
 }

详细的自定义序列化与反序列化可参见ObjectOutputStream 和ObjectInputStream 类的JDK文档。

Externalizable接口

Externalizable接口与Serializable 接口类似，只是Externalizable接口需要强制自定义序列化。
要序列化对象的代码：

public class Teacher implements Externalizable{

	private String name;
	private Integer age;
	
	public Teacher(){
		System.out.println("无参构造");
	}

	public Teacher(String name,Integer age){
		System.out.println("有参构造");
		this.name = name;
		this.age = age;
	}

	//setter、getter方法省略

	@Override
	public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
		out.writeObject(new StringBuffer(name).reverse()); //将name简单加密
		//out.writeInt(age);  //注掉这句后，age属性将不能被序化
	}

	@Override
	public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException,
			ClassNotFoundException {
		name = ((StringBuffer) in.readObject()).reverse().toString();
		//age = in.readInt();  
	}
	
	@Override 
    public String toString() {  
        return "[" + name + ", " + age+ "]";  
    } 
	
}

主函数代码改为：

public class MySerilizable {

    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        File file = new File("person.txt");  
 
        //序列化持久化对象
        ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));  
        Teacher person = new Teacher("Peter", 27);  
        out.writeObject(person);  
        out.close();  
 
        //反序列化，并得到对象
        ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));  
        Object newPerson = in.readObject(); // 没有强制转换到Person类型  
        in.close();  
        System.out.println(newPerson);  
     
    }  
}

打印结果：

有参构造
无参构造 //与Serializable 不同的是，还调用了无参构造
[Peter, null] //age未被序列化，所以未取到值

八、单例模式的序列化

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，那么情况可能略有不同。对前面使用的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, "男");  
    }  
 
    public static Person getInstance() {  
        return InstanceHolder.instatnce;  
    }  
 
    private String name = null;  
 
    private Integer age = null;  
 
    private String gender = null;  
 
    private Person() {  
        System.out.println("必须私有化的无参构造");  
    }  
 
    private Person(String name, Integer age, String gender) {  
        System.out.println("有参构造");  
        this.name = name;  
        this.age = age;  
        this.gender = gender;  
    }  
    ...  
}

同时要修改MySerilizable 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 MySerilizable {  
 
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        File file = new File("person.txt");  
        ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));  
        out.writeObject(Person.getInstance()); // 保存单例对象  
        out.close();  
 
        ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));  
        Object newPerson = in.readObject();  
        in.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  
    }  
}