Java文件流与Java序列化相关知识

流的分类

  • 按照流向分为输入流与输出流。
  • 按照传输单位分为字符流与字节流。
  • 按照功能分为节点流(低级流)和过滤流(高级流)。

下图为Java文件流按照传输单位的分类图:
Java文件流与Java序列化相关知识_第1张图片
其中BufferedInputStream是带缓冲区的输入流,默认缓冲区大小为8M,可以提高文件读取的性能;BufferedOutputStream是带缓冲区的输出流,能够提高文件的写入效率。BufferedInputStream与BufferedOutputStream分别继承于FilterInputStream与FilterOutputStream。

流的操作流程

  1. 确定操作资源
  2. 确定具体的操作流
  3. 进行流的读/写操作
  4. 关闭流资源

字节流读写文件代码如下:

	public static void controlFileByByte(String filePath) {
        //1. 确定操作资源
        File file = new File(filePath);
        //2. 确定具体的操作流
        FileInputStream fis = null;
        FileOutputStream fos = null;
        try {
            fis = new FileInputStream(file);
            fos = new FileOutputStream("d:/work/readFileByCharacter.txt");

            int temp = 0;
            //3. 进行流的读/写操作
            while ((temp = fis.read()) != -1) {
                fos.write((char) temp);
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {//4. 关闭流资源
            try {
                if (fis != null) {
                    fis.close();
                }
                if (fos != null) {
                    fos.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

字符流读写文件的操作代码与字节流一致,区别在于读写流的不同。

字节缓冲流的操作代码如下:

    public static void controlFileByBufferChar(String filePath) {
        File file = new File(filePath);
        BufferedInputStream bis = null;
        BufferedOutputStream bos = null;
        try {
            bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(file));
            bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream("d:/work/readFileByCharacter.txt"));

            byte[] b = new byte[1024];
            int temp = 0;
            while ((temp = bis.read(b)) != -1) {
                bos.write(b, 0, temp);
                bos.flush();
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (bis != null) {
                    bis.close();
                }
                if (bos != null) {
                    bos.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

字符流的缓冲流操作代码与字节流缓冲流代码基本一致,只是字符流读取时可以使用按行读取,代码如下:

	public static void controlFileByBufferByte(String filePath) {
        File file = new File(filePath);
        BufferedReader br = null;
        BufferedWriter bw = null;
        try {
            br = new BufferedReader(new FileReader(file));
            bw = new BufferedWriter(new FileWriter("d:/work/readFileByCharacter.txt"));

            String temp;
            while ((temp = br.readLine()) != null) {
                bw.write(temp + "\n");
                bw.flush();
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (br != null) {
                    br.close();
                }
                if (bw != null) {
                    bw.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

随机访问文件

RandomAccessFile类对象可以进行随机文件访问,可以在文件中的任意位置读取或写入。RandomAccessFile类不在InputStream和OutputStream的类层次结构中。

模式

可以在四种不同的访问模式中创建随机访问文件。访问模式是一个字符串。列出如下:

模式 含义
“r” 文件以只读模式打开
“rw” 文件以读写模式打开。如果文件不存在,则创建该文件。
“rws” 文件以读写模式打开。对文件的内容及其元数据的任何修改立即被写入存储设备。
“rwd” 文件以读写模式打开。对文件内容的任何修改立即写入存储设备。

随机访问文件读写代码如下:

    public static void main(String[] args) {
        String fileName = "randomFile";
        File file = new File(fileName);
        if (!file.exists()) {
            initWrite(fileName);
        }
        readFile(fileName);
        readFile(fileName);
    }

    public static void readFile(String fileName) {
        RandomAccessFile raf = null;
        try {
            raf = new RandomAccessFile(fileName, "rw");
            int i = raf.readInt();
            String s = raf.readUTF();
            System.out.println(i);
            System.out.println(s);
            incrementReadCounter(raf);
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (raf != null)
                    raf.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void incrementReadCounter(RandomAccessFile raf) {
        long currentPosition = 0;
        try {
            currentPosition = raf.getFilePointer();
            raf.seek(0);
            int counter = raf.readInt();
            counter++;
            raf.seek(0);
            raf.writeInt(counter);
            raf.seek(currentPosition);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void initWrite(String fileName) {
        RandomAccessFile raf = null;
        try {
            raf = new RandomAccessFile(fileName, "rw");
            raf.writeInt(0);
            raf.writeUTF("Hello World!");
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (raf != null) {
                try {
                    raf.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

以上代码输出结果为:
0
Hello World!
1
Hello World!

Java序列化相关知识

将Java对象序列化为二进制文件的Java序列化技术是Java系列技术中一个较为重要的技术点,在大部分情况下,开发人员只需要了解被序列化的类需要实现Serializable接口,使用ObjectInputStream和ObjectOutputStream进行对象的读写。然而在有些情况下,光知道这些是不够的,以下情景介绍了Java序列化中的一些高级认识。

序列化Id问题

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。序列化ID有两种生成策略,一个是有人为指定为固定的数值(如1L),一个是随机生成一个不重复的long类型数据(实际由JDK工具生成)。在此建议,如果没有特殊需求,则人为指定一个固定值为序列化ID,这样可以确保代码一致时反序列化的成功。

静态变量序列化

	public class Test implements Serializable {
 
    private static final long serialVersionUID = 1L;
 
    public static int staticVar = 5;
 
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //初始时staticVar为5
            ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(
                    new FileOutputStream("result.obj"));
            out.writeObject(new Test());
            out.close();
 
            //序列化后修改为10
            Test.staticVar = 10;
 
            ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
                    "result.obj"));
            Test t = (Test) oin.readObject();
            oin.close();
             
            //再读取,通过t.staticVar打印新的值
            System.out.println(t.staticVar);
             
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

如上代码,最终打印的值是多少呢?答案是10。为什么呢?因为对象在序列化时并不保存静态变量,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。

父类的序列化与Transient关键字

想要将父类对象也序列化,就需要让父类也实现Serializable接口。如果父类不实现的话,就要有无参的构造方法。在父类没有实现 Serializable 接口时,虚拟机是不会序列化父对象的,而一个 Java 对象的构造必须先有父对象,才有子对象,反序列化也不例外。所以反序列化时,为了构造父对象,只能调用父类的无参构造函数作为默认的父对象。因此当我们取父对象的变量值时,它的值是调用父类无参构造函数后的值。如果你考虑到这种序列化的情况,在父类无参构造函数中对变量进行初始化,否则的话,父类变量值都是默认声明的值,如 int 型的默认是 0,string 型的默认是 null。

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。

对敏感字段进行加密

服务端给客户端发送序列化对象数据,对象中有一些数据是敏感的,比如密码等字段,希望对密码字段在序列化时进行加密,而客户端如果有解密的密钥,在客户端反序列化时进行解密,这样可以一定程度保证序列化对象的数据安全。

在序列化过程中,虚拟机会试图调用对象类里的writeObject和readObject方法,进行用户自定义的序列化和反序列化,如果没有这样的方法,则默认调用ObjectOutputStream的defaultWriteObject方法及ObjectInputStream的defaultReadObject方法。用户自定义的writeObject和readObject方法可以允许用户控制序列化的过程。代码如下所示:

   private static final long serialVersionUID = 1L;
 
   private String password = "pass";
 
   public String getPassword() {
       return password;
   }
 
   public void setPassword(String password) {
       this.password = password;
   }
 
   private void writeObject(ObjectOutputStream out) {
       try {
           PutField putFields = out.putFields();
           System.out.println("原密码:" + password);
           password = "encryption";//模拟加密
           putFields.put("password", password);
           System.out.println("加密后的密码" + password);
           out.writeFields();
       } catch (IOException e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }
 
   private void readObject(ObjectInputStream in) {
       try {
           GetField readFields = in.readFields();
           Object object = readFields.get("password", "");
           System.out.println("要解密的字符串:" + object.toString());
           password = "pass";//模拟解密,需要获得本地的密钥
       } catch (IOException e) {
           e.printStackTrace();
       } catch (ClassNotFoundException e) {
           e.printStackTrace();
       }
 
   }
 
   public static void main(String[] args) {
       try {
           ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(
                   new FileOutputStream("result.obj"));
           out.writeObject(new Test());
           out.close();
 
           ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
                   "result.obj"));
           Test t = (Test) oin.readObject();
           System.out.println("解密后的字符串:" + t.getPassword());
           oin.close();
       } catch (FileNotFoundException e) {
           e.printStackTrace();
       } catch (IOException e) {
           e.printStackTrace();
       } catch (ClassNotFoundException e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }
序列化存储规则
   ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(
                   new FileOutputStream("result.obj"));
   Test test = new Test();
   //试图将对象两次写入文件
   out.writeObject(test);
   out.flush();
   System.out.println(new File("result.obj").length());
   out.writeObject(test);
   out.close();
   System.out.println(new File("result.obj").length());
 
   ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
           "result.obj"));
   //从文件依次读出两个文件
   Test t1 = (Test) oin.readObject();
   Test t2 = (Test) oin.readObject();
   oin.close();
            
   //判断两个引用是否指向同一个对象
   System.out.println(t1 == t2);

如上述代码所示,对同一个对象两次写入文件,打印出写入1次与写入2次的存储大小,然后从从文件中反序列化出两个对象,比较两个对象是否一致。一般的思维是,两次写入对象,文件大小会变为两倍的大小,反序列化时,由于从文件读取,生成了两个对象,判断相等时应该是输入 false 才对。但是最后的输出结果是:

31
36
true

这是为什么呢?这是因为Java序列化为了节省磁盘空间,具有特定的存储规则,当写入同一个对象时,并不会将对象的内容进行存储,而是再次存储一份引用。反序列化时,恢复引用关系,使t1和t2指向唯一对象,二者相等,输出true。该存储规则极大的节省了存储空间。

ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("result.obj"));
Test test = new Test();
test.i = 1;
out.writeObject(test);
out.flush();
test.i = 2;
out.writeObject(test);
out.close();
ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
                    "result.obj"));
Test t1 = (Test) oin.readObject();
Test t2 = (Test) oin.readObject();
System.out.println(t1.i);
System.out.println(t2.i);

以上代码的目的是希望将 test 对象两次保存到 result.obj 文件中,写入一次以后修改对象属性值再次保存第二次,然后从 result.obj 中再依次读出两个对象,输出这两个对象的 i 属性值。案例代码的目的原本是希望一次性传输对象修改前后的状态。

结果两个输出的都是 1, 原因就是第一次写入对象以后,第二次再试图写的时候,虚拟机根据引用关系知道已经有一个相同对象已经写入文件,因此只保存第二次写的引用,所以读取时,都是第一次保存的对象。读者在使用一个文件多次 writeObject 需要特别注意这个问题。

参考资料

  • Java 文件流总结
  • Java 随机访问文件
  • Java 序列化的高级认识

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