关于Java对象序列化您不知道的5件事
Java对象序列化是JDK1.1中引入的一组开创性特性之一，之前51CTO也曾介绍过Java序列化的机制和原理，这里我们将使用Person来发现您可能不知道的关于Java对象序列化的5件事。
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实际上，序列化的思想是“冻结”对象状态，传输对象状态（写到磁盘、通过网络传输等等），然后“解冻”状态，重新获得可用的Java对象。所有这些事情的发生有点像是魔术，这要归功于ObjectInputStream/ObjectOutputStream类、完全保真的元数据以及程序员愿意用Serializable标识接口标记他们的类，从而“参与”这个过程。清单1显示一个实现Serializable的Person类。
清单1.
SerializablePerson
packagecom.tedneward;
publicclassPerson implementsjava.io.Serializable
{
publicPerson(Stringfn,Stringln,inta)
{
this.firstName=fn;this.lastName=ln;this.age=a;
}
publicStringgetFirstName(){returnfirstName;
}
publicStringgetLastName(){returnlastName;
}
publicintgetAge(){returnage;
}
publicPersongetSpouse()
{
returnspouse;
}
publicvoidsetFirstName(Stringvalue)
{
firstName=value;
}
publicvoidsetLastName(Stringvalue)
{
lastName=value;
}
publicvoidsetAge(intvalue)
{
age=value;
}
publicvoidsetSpouse(Personvalue)
{
spouse=value;
}
publicStringtoString()
{ return”[Person:firstName="+firstName+ "lastName="+lastName+ "age="+age+ "spouse="+spouse.getFirstName()+ "]“;
}
privateStringfirstName;
privateStringlastName;
privateintage;
privatePersonspouse;
}
将Person序列化后，很容易将对象状态写到磁盘，然后重新读出它，下面的JUnit4单元测试对此做了演示。
清单2.
对Person进行反序列化
publicclassSerTest
{
@TestpublicvoidserializeToDisk()
{
try
{
com.tedneward.Personted=newcom.tedneward.Person(“Ted”,”Neward”,39); com.tedneward.Personcharl=newcom.tedneward.Person(“Charlotte”, ”Neward”,38);
ted.setSpouse(charl);
charl.setSpouse(ted);
FileOutputStreamfos=newFileOutputStream(“tempdata.ser”); ObjectOutputStreamoos=newObjectOutputStream(fos);
oos.writeObject(ted);
oos.close();
}
catch(Exceptionex)
{
fail(“Exceptionthrownduringtest:”+ex.toString());
}
try
{
FileInputStreamfis=newFileInputStream(“tempdata.ser”); ObjectInputStreamois=newObjectInputStream(fis);
com.tedneward.Personted=(com.tedneward.Person)ois.readObject();
ois.close();
assertEquals(ted.getFirstName(），”Ted”);
assertEquals(ted.getSpouse().getFirstName(），”Charlotte”); //Cleanupthefile newFile(“tempdata.ser”).delete();
}
catch(Exceptionex)
{
fail(“Exceptionthrownduringtest:”+ex.toString());
}
}
}
到现在为止，还没有看到什么新鲜的或令人兴奋的事情，但是这是一个很好的出发点。
1.序列化允许重构
序列化允许一定数量的类变种，甚至重构之后也是如此，ObjectInputStream仍可以很好地将其读出来。JavaObjectSerialization规范可以自动管理的关键任务是：
◆将新字段添加到类中。
◆将字段从static改为非static。
◆将字段从transient改为非transient。
◆取决于所需的向后兼容程度，转换字段形式（从非static转换为static或从非transient转换为transient）或者删除字段需要额外的消息传递。
重构序列化类
既然已经知道序列化允许重构，我们来看看当把新字段添加到Person类中时，会发生什么事情。如清单3所示，PersonV2在原先Person类的基础上引入一个表示性别的新字段。
清单3.
将新字段添加到序列化的Person中
enumGender
{
MALE,FEMALE
}
publicclassPerson implementsjava.io.Serializable
{
publicPerson(Stringfn,Stringln,inta,Genderg)
{
this.firstName=fn;
this.lastName=ln;this.age=a;this.gender=g;
}
publicStringgetFirstName()
{
returnfirstName;
}
publicStringgetLastName()
{
returnlastName;
}
publicGendergetGender()
{
returngender;
}
publicintgetAge()
{
returnage;
}
publicPersongetSpouse()
{
returnspouse;
}
publicvoidsetFirstName(Stringvalue)
{
firstName=value;
}
publicvoidsetLastName(Stringvalue)
{
lastName=value;
}
publicvoidsetGender(Gendervalue)
{
gender=value;
}
publicvoidsetAge(intvalue)
{
age=value;
}
publicvoidsetSpouse(Personvalue)
{
spouse=value;
}
publicStringtoString()
{ return”[Person:firstName="+firstName+ "lastName="+lastName+ "gender="+gender+ "age="+age+ "spouse="+spouse.getFirstName()+ "]“;
}
privateStringfirstName;
privateStringlastName;
privateintage;
privatePersonspouse;
privateGendergender;
}
序列化使用一个hash，该hash是根据给定源文件中几乎所有东西—方法名称、字段名称、字段类型、访问修改方法等—计算出来的，序列化将该hash值与序列化流中的hash值相比较。
为了使Java运行时相信两种类型实际上是一样的，第二版和随后版本的Person必须与第一版有相同的序列化版本hash（存储为privatestaticfinalserialVersionUID字段）。因此，我们需要serialVersionUID字段，它是通过对原始（或V1）版本的Person类运行JDKserialver命令计算出的。
一旦有了Person的serialVersionUID，不仅可以从原始对象Person的序列化数据创建PersonV2对象（当出现新字段时，新字段被设为缺省值，最常见的是“null”），还可以反过来做：即从PersonV2的数据通过反序列化得到Person，这毫不奇怪。
2.序列化并不安全
让Java开发人员诧异并感到不快的是，序列化二进制格式完全编写在文档中，并且完全可逆。实际上，只需将二进制序列化流的内容转储到控制台，就足以看清类是什么样子，以及它包含什么内容。
这对于安全性有着不良影响。例如，当通过RMI进行远程方法调用时，通过连接发送的对象中的任何private字段几乎都是以明文的方式出现在套接字流中，这显然容易招致哪怕最简单的安全问题。
幸运的是，序列化允许“hook”序列化过程，并在序列化之前和反序列化之后保护（或模糊化）字段数据。可以通过在Serializable对象上提供一个writeObject方法来做到这一点。
模糊化序列化数据
假设Person类中的敏感数据是age字段。毕竟，女士忌谈年龄。我们可以在序列化之前模糊化该数据，将数位循环左移一位，然后在反序列化之后复位。（您可以开发更安全的算法，当前这个算法只是作为一个例子。）
为了“hook”序列化过程，我们将在Person上实现一个writeObject方法；为了“hook”反序列化过程，我们将在同一个类上实现一个readObject方法。重要的是这两个方法的细节要正确—如果访问修改方法、参数或名称不同于清单4中的内容，那么代码将不被察觉地失败，Person的age将暴露。
清单4.模糊化序列化数据
publicclassPerson implementsjava.io.Serializable
{
publicPerson(Stringfn,Stringln,inta)
{
this.firstName=fn;this.lastName=ln;this.age=a;
}
publicStringgetFirstName(){returnfirstName;
}
publicStringgetLastName()
{
returnlastName;
}
publicintgetAge()
{
returnage;
}
publicPersongetSpouse()
{
returnspouse;
}
publicvoidsetFirstName(Stringvalue)
{
firstName=value;
}
publicvoidsetLastName(Stringvalue)
{
lastName=value;
}
publicvoidsetAge(intvalue){age=value;
}
publicvoidsetSpouse(Personvalue)
{
spouse=value;
}
privatevoidwriteObject(java.io.ObjectOutputStreamstream) throwsjava.io.IOException
{
//”Encrypt”/obscurethesensitivedata ageage=age<<2;
stream.defaultWriteObject();
}
privatevoidreadObject(java.io.ObjectInputStreamstream) throwsjava.io.IOException,ClassNotFoundException
{
stream.defaultReadObject(); //”Decrypt”/de-obscurethesensitivedata ageage=age<<2;
}
publicStringtoString()
{ return”[Person:firstName="+firstName+ "lastName="+lastName+ "age="+age+ "spouse="+(spouse!=null?spouse.getFirstName():"[null]“)+ ”]”;
}
privateStringfirstName;
privateStringlastName;
privateintage;
privatePersonspouse;
}
如果需要查看被模糊化的数据，总是可以查看序列化数据流/文件。而且，由于该格式被完全文档化，即使不能访问类本身，也仍可以读取序列化流中的内容。
3.序列化的数据可以被签名和密封
上一个技巧假设您想模糊化序列化数据，而不是对其加密或者确保它不被修改。当然，通过使用writeObject和readObject可以实现密码加密和签名管理，但其实还有更好的方式。
如果需要对整个对象进行加密和签名，最简单的是将它放在一个javax.crypto.SealedObject和/或java.security.SignedObject包装器中。两者都是可序列化的，所以将对象包装在SealedObject中可以围绕原对象创建一种“包装盒”。必须有对称密钥才能解密，而且密钥必须单独管理。同样，也可以将SignedObject用于数据验证，并且对称密钥也必须单独管理。结合使用这两种对象，便可以轻松地对序列化数据进行密封和签名，而不必强调关于数字签名验证或加密的细节。很简洁，是吧？
4.序列化允许将代理放在流中
很多情况下，类中包含一个核心数据元素，通过它可以派生或找到类中的其他字段。在此情况下，没有必要序列化整个对象。可以将字段标记为transient，但是每当有方法访问一个字段时，类仍然必须显式地产生代码来检查它是否被初始化。
如果首要问题是序列化，那么最好指定一个flyweight或代理放在流中。为原始Person提供一个writeReplace方法，可以序列化不同类型的对象来代替它。类似地，如果反序列化期间发现一个readResolve方法，那么将调用该方法，将替代对象提供给调用者。
打包和解包代理
writeReplace和readResolve方法使Person类可以将它的所有数据（或其中的核心数据）打包到一个PersonProxy中，将它放入到一个流中，然后在反序列化时再进行解包。
清单5.你完整了我，我代替了你
classPersonProxy implementsjava.io.Serializable
{
publicPersonProxy(Personorig)
{
data=orig.getFirstName()+”,”+orig.getLastName()+”,”+orig.getAge();
if(orig.getSpouse()!=null)
{
Personspouse=orig.getSpouse();
datadata=data+”,”+spouse.getFirstName()+”,”+spouse.getLastName()+”,” +spouse.getAge();
}
}
publicStringdata;
privateObjectreadResolve()
throwsjava.io.ObjectStreamException
{
String[]pieces=data.split(“,”);
Personresult=newPerson(pieces[0],pieces[1],Integer.parseInt(pieces[2]));
if(pieces.length>3)
{
result.setSpouse(newPerson(pieces[3],pieces[4],Integer.parseInt (pieces[5]))); result.getSpouse().setSpouse(result);
}
returnresult;
}
}
publicclassPerson implementsjava.io.Serializable
{
publicPerson(Stringfn,Stringln,inta)
{
this.firstName=fn;this.lastName=ln;this.age=a;
}
publicStringgetFirstName()
{
returnfirstName;
}
publicStringgetLastName(){returnlastName;
}
publicintgetAge()
{
returnage;
}
publicPersongetSpouse()
{
returnspouse;
}
privateObjectwriteReplace()
throwsjava.io.ObjectStreamException
{
returnnewPersonProxy(this);
}
publicvoidsetFirstName(Stringvalue){firstName=value;
}
publicvoidsetLastName(Stringvalue){lastName=value;
}
publicvoidsetAge(intvalue)
{
age=value;
}
publicvoidsetSpouse(Personvalue)
{
spouse=value;
}
publicStringtoString()
{ return”[Person:firstName="+firstName+ "lastName="+lastName+ "age="+age+ "spouse="+spouse.getFirstName()+ "]“;
}
privateStringfirstName;
privateStringlastName;
privateintage;
privatePersonspouse;
}
注意，PersonProxy必须跟踪Person的所有数据。这通常意味着代理需要是Person的一个内部类，以便能访问private字段。有时候，代理还需要追踪其他对象引用并手动序列化它们，例如Person的spouse。
这种技巧是少数几种不需要读/写平衡的技巧之一。例如，一个类被重构成另一种类型后的版本可以提供一个readResolve方法，以便静默地将被序列化的对象转换成新类型。类似地，它可以采用writeReplace方法将旧类序列化成新版本。
5.信任，但要验证
认为序列化流中的数据总是与最初写到流中的数据一致，这没有问题。但是，正如一位美国前总统所说的，“信任，但要验证”。
对于序列化的对象，这意味着验证字段，以确保在反序列化之后它们仍具有正确的值，“以防万一”。为此，可以实现ObjectInputValidation接口，并覆盖validateObject()方法。如果调用该方法时发现某处有错误，则抛出一个InvalidObjectException。
结束语
Java对象序列化比大多数Java开发人员想象的更灵活，这使我们有更多的机会解决棘手的情况。幸运的是，像这样的编程妙招在JVM中随处可见。关键是要知道它们，在遇到难题的时候能用上它们