Java IO篇：序列化与反序列化

1、什么是序列化：

        两个服务之间要传输一个数据对象，就需要将对象转换成二进制流，通过网络传输到对方服务，再转换成对象，供服务方法调用。这个编码和解码的过程称之为序列化和反序列化。所以序列化就是把 Java 对象变成二进制形式，本质上就是一个byte[]数组。将对象序列化之后，就可以写入磁盘进行保存或者通过网络中输出给远程服务了。反之，反序列化可以从网络或者磁盘中读取的字节数组，反序列化成对象，在程序中使用。

2、序列化优点：

① 永久性保存对象：将对象转为字节流存储到硬盘上，即使 JVM 停机，字节流还会在硬盘上等待，等待下一次 JVM 启动时，反序列化为原来的对象，并且序列化的二进制序列能够减少存储空间

② 方便网络传输：序列化成字节流形式的对象可以方便网络传输（二进制形式），节约网络带宽

③ 通过序列化可以在进程间传递对象

3、序列化的几种方式：

参考文章：https://www.jianshu.com/p/7298f0c559dc

3.1、Java 原生序列化：

        Java 默认通过 Serializable 接口实现序列化，只要实现了该接口，该类就会自动实现序列化与反序列化，该接口没有任何方法，只起标识作用。Java序列化保留了对象类的元数据（如类、成员变量、继承类信息等），以及对象数据等，兼容性最好，但不支持跨语言，而且性能一般。

        实现 Serializable 接口的类在每次运行时，编译器会根据类的内部实现，包括类名、接口名、方法和属性等自动生成一个 serialVersionUID，serialVersionUID 主要用于验证对象在反序列化过程中，序列化对象是否加载了与序列化兼容的类，如果是具有相同类名的不同版本号的类，在反序列化中是无法获取对象的，显式地定义 serialVersionUID 有两种用途：

• 在某些场合，希望类的不同版本对序列化兼容，因此需要确保类的不同版本具有相同的 serialVersionUID；
• 在某些场合，不希望类的不同版本对序列化兼容，因此需要确保类的不同版本具有不同的 serialVersionUID；

如果源码改变，那么重新编译后的 serialVersionUID 可能会发生变化，因此建议一定要显示定义 serialVersionUID 的属性值。

3.2、Hessian 序列化：

        Hessian 序列化是一种支持动态类型、跨语言、基于对象传输的网络协议。Java 对象序列化的二进制流可以被其他语言反序列化。 Hessian 协议具有如下特性：

• 自描述序列化类型。不依赖外部描述文件或接口定义， 用一个字节表示常用
• 基础类型，极大缩短二进制流
• 语言无关，支持脚本语言
• 协议简单，比 Java 原生序列化高效

        Hessian 2.0 中序列化二进制流大小是 Java 序列化的 50%，序列化耗时是 Java 序列化的 30%，反序列化耗时是 Java 反序列化的20% 。

        Hessian 会把复杂对象所有属性存储在一个 Map 中进行序列化。所以在父类、子类存在同名成员变量的情况下， Hessian 序列化时，先序列化子类 ，然后序列化父类，因此反序列化结果会导致子类同名成员变量被父类的值覆盖。

3.3、Json 序列化：

        JSON 是一种轻量级的数据交换格式。JSON 序列化就是将数据对象转换为 JSON 字符串，在序列化过程中抛弃了类型信息，所以反序列化时需要提供类型信息才能准确地反序列化，相比前两种方式，JSON 可读性比较好，方便调试。

4、为什么不建议使用Java序列化

该部分主要参考文章：为什么我不建议你使用Java序列化 - 掘金

        目前主流框架很少使用到 Java 序列化，比如 SpringCloud 使用的 Json 序列化，Dubbo 虽然兼容 Java 序列化，但默认使用的是 Hessian 序列化。这是为什么呢？主要是因为 JDK 默认的序列化方式存在以下一些缺陷：无法跨语言、易被攻击、序列化的流太大、序列化性能太差等

4.1、无法跨语言：

        Java 序列化只支持 Java 语言实现的框架，其它语言大部分都没有使用 Java 的序列化框架，也没有实现 Java 序列化这套协议，因此，两个不同语言编写的应用程序之间通信，无法使用 Java 序列化实现应用服务间传输对象的序列化和反序列化。

4.2、易被攻击：

        对象是通过在 ObjectInputStream 上调用 readObject() 方法进行反序列化的，它可以将类路径上几乎所有实现了 Serializable 接口的对象都实例化。这意味着，在反序列化字节流的过程中，该方法可以执行任意类型的代码，这是非常危险的。

        对于需要长时间进行反序列化的对象，不需要执行任何代码，也可以发起一次攻击。攻击者可以创建循环对象链，然后将序列化后的对象传输到程序中反序列化，这种情况会导致 hashCode 方法被调用次数呈次方爆发式增长, 从而引发栈溢出异常。

        序列化通常会通过网络传输对象，而对象中往往有敏感数据，所以序列化常常成为黑客的攻击点，攻击者巧妙地利用反序列化过程构造恶意代码，使得程序在反序列化的过程中执行任意代码。 Java 工程中广泛使用的 Apache Commons Collections、Jackson、fastjson 等都出现过反序列化漏洞。如何防范这种黑客攻击呢？有些对象的敏感属性不需要进行序列化传输，可以加 transient 关键字，避免把此属性信息转化为序列化的二进制流，除此之外，声明为 static 类型的成员变量也不能要序列化。如果一定要传递对象的敏感属性，可以使用对称与非对称加密方式独立传输，再使用某个方法把属性还原到对象中。

4.3、序列化后的流太大

        序列化后的二进制流大小能体现序列化的性能。序列化后的二进制数组越大，占用的存储空间就越多，存储硬件的成本就越高。如果我们是进行网络传输，则占用的带宽就更多，这时就会影响到系统的吞吐量。

        Java 序列化中使用了 ObjectOutputStream 来实现对象转二进制编码，那么这种序列化机制实现的二进制编码完成的二进制数组大小，相比于 NIO 中的 ByteBuffer 实现的二进制编码完成的数组大小，有没有区别呢？

我们可以通过一个简单的例子来验证下：

User user = new User();
user.setUserName("test");
user.setPassword("test");
      
ByteArrayOutputStream os =new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(os);
out.writeObject(user);
byte[] testByte = os.toByteArray();
System.out.print("ObjectOutputStream 字节编码长度：" + testByte.length + "\n");

ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(2048);

byte[] userName = user.getUserName().getBytes();
byte[] password = user.getPassword().getBytes();
byteBuffer.putInt(userName.length);
byteBuffer.put(userName);
byteBuffer.putInt(password.length);
byteBuffer.put(password);        
byteBuffer.flip();
byte[] bytes = new byte[byteBuffer.remaining()];
System.out.print("ByteBuffer 字节编码长度：" + bytes.length+ "\n");

运行结果：

ObjectOutputStream 字节编码长度：99
ByteBuffer 字节编码长度：16

 4.4、序列化性能太差：

        序列化的速度也是体现序列化性能的重要指标，如果序列化的速度慢，网络通信效率就低，从而增加系统的响应时间。我们再来通过上面这个例子，来对比下 Java 序列化与 NIO 中的 ByteBuffer 编码的性能：

    User user = new User();
    user.setUserName("test");
    user.setPassword("test");
      
    long startTime = System.currentTimeMillis();
      
     for(int i=0; i<1000; i++) {
        ByteArrayOutputStream os =new ByteArrayOutputStream();
          ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(os);
          out.writeObject(user);
          out.flush();
          out.close();
          byte[] testByte = os.toByteArray();
          os.close();
     }
      
    long endTime = System.currentTimeMillis();
    System.out.print("ObjectOutputStream 序列化时间：" + (endTime - startTime) + "\n");

long startTime1 = System.currentTimeMillis();
for(int i=0; i<1000; i++) {
   ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate( 2048);

        byte[] userName = user.getUserName().getBytes();
        byte[] password = user.getPassword().getBytes();
        byteBuffer.putInt(userName.length);
        byteBuffer.put(userName);
        byteBuffer.putInt(password.length);
        byteBuffer.put(password);
            
        byteBuffer.flip();
        byte[] bytes = new byte[byteBuffer.remaining()];
}
long endTime1 = System.currentTimeMillis();
System.out.print("ByteBuffer 序列化时间：" + (endTime1 - startTime1)+ "\n");

运行结果：

ObjectOutputStream 序列化时间：29
ByteBuffer 序列化时间：6