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理解Java对象序列化


 

   

  1. 什么是Java对象序列化

  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。

  使用Java对象序列化,在保存对象时,会把其状态保存为一组字节,在未来,再将这些字节组装成对象。必须注意地是,对象序列化保存的是对象的"状态",即它的成员变量。由此可知,对象序列化不会关注类中的静态变量。

  除了在持久化对象时会用到对象序列化之外,当使用RMI(远程方法调用),或在网络中传递对象时,都会用到对象序列化。Java序列化API为处理对象序列化提供了一个标准机制,该API简单易用,在本文的后续章节中将会陆续讲到。

  2. 简单示例

  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。此处将创建一个可序列化的类Person,本文中的所有示例将围绕着该类或其修改版。

  Gender类,是一个枚举类型,表示性别

  public enum Gender {

  MALE, FEMALE

  }

  如果熟悉Java枚举类型的话,应该知道每个枚举类型都会默认继承类java.lang.Enum,而该类实现了Serializable接口,所以枚举类型对象都是默认可以被序列化的。

  Person类,实现了Serializable接口,它包含三个字段:name,String类型;age,Integer类型;gender,Gender类型。另外,还重写该类的toString()方法,以方便打印Person实例中的内容。

  public class Person implements Serializable {

  private String name = null;

  private Integer age = null;

  private Gender gender = null;

  public Person() {

  System.out.println("none-arg constructor");

  }

  public Person(String name, Integer age, Gender gender) {

  System.out.println("arg constructor");

  this.name = name;

  this.age = age;

  this.gender = gender;

  }

  public String getName() {

  return name;

  }

  public void setName(String name) {

  this.name = name;

  }

  public Integer getAge() {

  return age;

  }

  public void setAge(Integer age) {

  this.age = age;

  }

  public Gender getGender() {

  return gender;

  }

  public void setGender(Gender gender) {

  this.gender = gender;

  }

  @Override

  public String toString() {

  return "[" + name + ", " + age + ", " + gender + "]";

  }

  }

  SimpleSerial,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.out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 SimpleSerial {

  public static void main(String[] args) throws Exception {

  File file = new File("person.out");

  ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));

  Person person = new Person("John", 101, Gender.MALE);

  oout.writeObject(person);

  oout.close();

  ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));

  Object newPerson = oin.readObject(); // 没有强制转换到Person类型

  oin.close();

  System.out.println(newPerson);

  }

  }

  上述程序的输出的结果为:

  arg constructor

  [John, 31, MALE]

  此时必须注意的是,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,看起来就像是直接使用字节将Person对象还原出来的。

  当Person对象被保存到person.out文件中之后,我们可以在其它地方去读取该文件以还原对象,但必须确保该读取程序的CLASSPATH中包含有Person.class(哪怕在读取Person对象时并没有显示地使用Person类,如上例所示),否则会抛出ClassNotFoundException。

  3. Serializable的作用

  为什么一个类实现了Serializable接口,它就可以被序列化呢?在上节的示例中,使用ObjectOutputStream来持久化对象,在该类中有如下代码:

  private void writeObject0(Object obj, boolean unshared) throws IOException {

  if (obj instanceof String) {

  writeString((String) obj, unshared);

  } else if (cl.isArray()) {

  writeArray(obj, desc, unshared);

  } else if (obj instanceof Enum) {

  writeEnum((Enum) obj, desc, unshared);

  } else if (obj instanceof Serializable) {

  writeOrdinaryObject(obj, desc, unshared);

  } else {

  if (extendedDebugInfo) {

  throw new NotSerializableException(cl.getName() + " "

  + debugInfoStack.toString());

  } else {

  throw new NotSerializableException(cl.getName());

  }

  }

  }

  从上述代码可知,如果被写对象的类型是String,或数组,或Enum,或Serializable,那么就可以对该对象进行序列化,否则将抛出NotSerializableException。

  4. 默认序列化机制

  如果仅仅只是让某个类实现Serializable接口,而没有其它任何处理的话,则就是使用默认序列化机制。使用默认机制,在序列化对象时,不仅会序列化当前对象本身,还会对该对象引用的其它对象也进行序列化,同样地,这些其它对象引用的另外对象也将被序列化,以此类推。所以,如果一个对象包含的成员变量是容器类对象,而这些容器所含有的元素也是容器类对象,那么这个序列化的过程就会较复杂,开销也较大。

  5. 影响序列化

  在现实应用中,有些时候不能使用默认序列化机制。比如,希望在序列化过程中忽略掉敏感数据,或者简化序列化过程。下面将介绍若干影响序列化的方法。

  5.1 transient关键字

  当某个字段被声明为transient后,默认序列化机制就会忽略该字段。此处将Person类中的age字段声明为transient,如下所示,

  public class Person implements Serializable {

  transient private Integer age = null;

  }

  再执行SimpleSerial应用程序,会有如下输出:

  arg constructor

  [John, null, MALE]

  可见,age字段未被序列化。

  5.2 writeObject()方法与readObject()方法

  对于上述已被声明为transitive的字段age,除了将transitive关键字去掉之外,是否还有其它方法能使它再次可被序列化?方法之一就是在Person类中添加两个方法:writeObject()与readObject(),如下所示:

  public class Person implements Serializable {

  transient private Integer age = null;

  private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {

  out.defaultWriteObject();

  out.writeInt(age);

  }

  private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException,

  ClassNotFoundException {

  in.defaultReadObject();

  age = in.readInt();

  }

  }

  在writeObject()方法中会先调用ObjectOutputStream中的defaultWriteObject()方法,该方法会执行默认的序列化机制,如5.1节所述,此时会忽略掉age字段。然后再调用writeInt()方法显示地将age字段写入到ObjectOutputStream中。readObject()的作用则是针对对象的读取,其原理与writeObject()方法相同。

  再次执行SimpleSerial应用程序,则又会有如下输出:

  arg constructor

  [John, 31, MALE]

  必须注意地是,writeObject()与readObject()都是private方法,那么它们是如何被调用的呢?毫无疑问,是使用反射。详情可见ObjectOutputStream中的writeSerialData方法,以及ObjectInputStream中的readSerialData方法。

  5.3 Externalizable接口

  无论是使用transient关键字,还是使用writeObject()和readObject()方法,其实都是基于Serializable接口的序列化。JDK中提供了另一个序列化接口--Externalizable,使用该接口之后,之前基于Serializable接口的序列化机制就将失效。此时将Person类修改成如下,

  public class Person implements Externalizable {

  private String name = null;

  transient private Integer age = null;

  private Gender gender = null;

  public Person() {

  System.out.println("none-arg constructor");

  }

  public Person(String name, Integer age, Gender gender) {

  System.out.println("arg constructor");

  this.name = name;

  this.age = age;

  this.gender = gender;

  }

  private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {

  out.defaultWriteObject();

  out.writeInt(age);

  }

  private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException,

  ClassNotFoundException {

  in.defaultReadObject();

  age = in.readInt();

  }

  @Override

  public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {

  }

  @Override

  public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException,

  ClassNotFoundException {

  }

  }

  此时再执行SimpleSerial程序之后会得到如下结果:

  arg constructor

  none-arg constructor

  [null, null, null]

  从该结果,一方面可以看出Person对象中任何一个字段都没有被序列化。另一方面,如果细心的话,还可以发现这此次序列化过程调用了Person类的无参构造器。

  Externalizable继承于Serializable,当使用该接口时,序列化的细节需要由程序员去完成。如上所示的代码,由于writeExternal()与readExternal()方法未作任何处理,那么该序列化行为将不会保存/读取任何一个字段。这也就是为什么输出结果中所有字段的值均为空。

  另外,若使用Externalizable进行序列化,当读取对象时,会调用被序列化类的无参构造器去创建一个新的对象,然后再将被保存对象的字段的值分别填充到新对象中。这就是为什么在此次序列化过程中Person类的无参构造器会被调用。由于这个原因,实现Externalizable接口的类必须要提供一个无参的构造器,且它的访问权限为public。

  对上述Person类作进一步的修改,使其能够对name与age字段进行序列化,但要忽略掉gender字段,如下代码所示:

  public class Person implements Externalizable {

  private String name = null;

  transient private Integer age = null;

  private Gender gender = null;

  public Person() {

  System.out.println("none-arg constructor");

  }

  public Person(String name, Integer age, Gender gender) {

  System.out.println("arg constructor");

  this.name = name;

  this.age = age;

  this.gender = gender;

  }

  private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {

  out.defaultWriteObject();

  out.writeInt(age);

  }

  private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException,

  ClassNotFoundException {

  in.defaultReadObject();

  age = in.readInt();

  }

  @Override

  public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {

  out.writeObject(name);

  out.writeInt(age);

  }

  @Override

  public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException,

  ClassNotFoundException {

  name = (String) in.readObject();

  age = in.readInt();

  }

  }

  执行SimpleSerial之后会有如下结果:

  arg constructor

  none-arg constructor

  [John, 31, null]

  5.4 readResolve()方法

  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,那么情况可能会略有不同。此时对第2节使用的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, Gender.MALE);

  }

  public static Person getInstance() {

  return InstanceHolder.instatnce;

  }

  private String name = null;

  private Integer age = null;

  private Gender gender = null;

  private Person() {

  System.out.println("none-arg constructor");

  }

  private Person(String name, Integer age, Gender gender) {

  System.out.println("arg constructor");

  this.name = name;

  this.age = age;

  this.gender = gender;

  }

  }

  同时要修改SimpleSerial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 SimpleSerial {

  public static void main(String[] args) throws Exception {

  File file = new File("person.out");

  ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));

  oout.writeObject(Person.getInstance()); // 保存单例对象

  oout.close();

  ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));

  Object newPerson = oin.readObject();

  oin.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

  }

  }

  执行上述应用程序后会得到如下结果:

  arg constructor

  [John, 31, MALE]

  false

  值得注意的是,从文件person.out中获取的Person对象与Person类中的单例对象并不相等。为了能在序列化过程仍能保持单例的特性,可以在Person类中添加一个readResolve()方法,在该方法中直接返回Person的单例对象,如下所示:

  public class Person implements Serializable {

  private static class InstanceHolder {

  private static final Person instatnce = new Person("John", 31, Gender.MALE);

  }

  public static Person getInstance() {

  return InstanceHolder.instatnce;

  }

  private String name = null;

  private Integer age = null;

  private Gender gender = null;

  private Person() {

  System.out.println("none-arg constructor");

  }

  private Person(String name, Integer age, Gender gender) {

  System.out.println("arg constructor");

  this.name = name;

  this.age = age;

  this.gender = gender;

  }

  private Object readResolve() throws ObjectStreamException {

  return InstanceHolder.instatnce;

  }

  }

  再次执行本节的SimpleSerial应用后将有如下输出:

  arg constructor

  [John, 31, MALE]

  true

  无论是实现Serializable接口,或是Externalizable接口,当从I/O流中读取对象时,readResolve()方法都会被调用到。实际上就是用readResolve()中返回的对象直接替换在反序列化过程中创建的对象,而被创建的对象则会被垃圾回收掉。

  6 serialVersionUID

  如果你的类序列化存到硬盘上面后,可是后来你却更改了类的field(增加或减少或改名),当你Deserialize时,就会出现Exception的,这样就会造成不兼容性的问题。

  但当serialVersionUID相同时,它就会将不一样的field以type的预设值Deserialize,可避开不兼容性问题。

  在Eclipse里写代码时,开始如果没加这个serialVersionUID就有警告提示。Eclipse提供两种生成方式:

  一种是默认的1L,比如:private static final long serialVersionUID = 1L;

  一种是根据类名、接口名、成员方法及属性等来生成一个64位的哈希字段,比如:private static final long serialVersionUID = xxxxL;

  7 readObjectNoData

  关于序列化中readObjectNoData对此方法的解释的很好,有个文章举了个例子说明了。但不是非常明白此方法在实际项目中有用得到的地方吗?希望大家看到这篇文章的给举个经典的例子。