Java Serializable（序列化）的理解和總結

原創 LensonYuan 2018-09-04 03:34
1、序列化是幹什麼的？
       簡單說就是爲了保存在內存中的各種對象的狀態（也就是實例變量，不是方法），並且可以把保存的對象狀態再讀出來。雖然你可以用你自己的各種各樣的方法來保存object states，但是Java給你提供一種應該比你自己好的保存對象狀態的機制，那就是序列化。

2、什麼情況下需要序列化   
    a）當你想把的內存中的對象狀態保存到一個文件中或者數據庫中時候；
    b）當你想用套接字在網絡上傳送對象的時候；
    c）當你想通過RMI傳輸對象的時候；

3、當對一個對象實現序列化時，究竟發生了什麼？
    在沒有序列化前，每個保存在堆（Heap）中的對象都有相應的狀態（state），即實例變量（instance ariable）比如：
   
java 代碼
  1. Foo  myFoo = new Foo();  
  2. myFoo .setWidth(37);  
  3. myFoo.setHeight(70);  

      

       當 通過下面的代碼序列化之後，MyFoo對象中的width和Height實例變量的值（37，70）都被保存到foo.ser文件中，這樣以後又可以把它 從文件中讀出來，重新在堆中創建原來的對象。當然保存時候不僅僅是保存對象的實例變量的值，JVM還要保存一些小量信息，比如類的類型等以便恢復原來的對 象。

java 代碼
  1. FileOutputStream fs = new FileOutputStream(“foo.ser”);  
  2. ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(fs);  
  3. os.writeObject(myFoo);  



4、實現序列化（保存到一個文件）的步驟

       a）Make a FileOutputStream            

java 代碼
  1. FileOutputStream fs = new FileOutputStream(“foo.ser”);    

       b）Make a ObjectOutputStream            

java 代碼
  1. ObjectOutputStream os =  new ObjectOutputStream(fs);   

       c）write the object

java 代碼
  1. os.writeObject(myObject1);  
  2. os.writeObject(myObject2);  
  3. os.writeObject(myObject3);  

    d) close the ObjectOutputStream

java 代碼
  1. os.close();  





5、舉例說明

java 代碼
  1. import java.io.*;
  2.   
  3. public class  Box implements Serializable  
  4. {  
  5.     private int width;  
  6.     private int height;  
  7.   
  8.     public void setWidth(int width){  
  9.         this.width  = width;  
  10.     }  
  11.     public void setHeight(int height){  
  12.         this.height = height;  
  13.     }  
  14.   
  15.     public static void main(String[] args){  
  16.         Box myBox = new Box();  
  17.         myBox.setWidth(50);  
  18.         myBox.setHeight(30);  
  19.   
  20.         try{  
  21.             FileOutputStream fs = new FileOutputStream(“foo.ser”);  
  22.             ObjectOutputStream os =  new ObjectOutputStream(fs);  
  23.             os.writeObject(myBox);  
  24.             os.close();  
  25.         }catch(Exception ex){  
  26.             ex.printStackTrace();  
  27.         }  
  28.     }  
  29.       
  30. }  



6、相關注意事項

    a）序列化時，只對對象的狀態進行保存，而不管對象的方法；

    b）當一個父類實現序列化，子類自動實現序列化，不需要顯式實現Serializable接口；

    c）當一個對象的實例變量引用其他對象，序列化該對象時也把引用對象進行序列化；

    d）並非所有的對象都可以序列化，,至於爲什麼不可以，有很多原因了,比如：

        1.安全方面的原因，比如一個對象擁有private，public等field，對於一個要傳輸的對象，比如寫到文件，或者進行rmi傳輸  等等，在序列化進行傳輸的過程中，這個對象的private等域是不受保護的。

       2. 資源分配方面的原因，比如socket，thread類，如果可以序列化，進行傳輸或者保存，也無法對他們進行重新的資源分  配，而且，也是沒有必要這樣實現。


這個確實是個問題.當年在學習java基礎的時候,也問過類似的問題.對呀.爲何要進行序列化呢.不進行序列化,我的程序不跑的好好的嗎?你想要什麼結果,我也能給解決不是.我想說確實是這樣,如果你的程序與網絡無關,那很好你已經可以摒棄它了.

    那下面我來簡單分析下爲何java需要進行序列化呢.

    首先我們要明白,序列化是做什麼作用的.java序列化: 以特定的方式對類實例的瞬時狀態進行編碼保存的一種操作.(可能不是很精確,咱不是搞學術的,看懂即可).從此定義可以看出,序列化作用的對象是類的實例.對實例進行序列化,就是保存實例當前在內存中的狀態.包括實例的每一個屬性的值和引用等.

    既然後序列化,便會有反序列化.反序列化的作用便是將序列化後的編碼解碼成類實例的瞬時狀態.申請等同的內存保存該實例.

    從上述定義可以發現,序列化就是爲了保存java的類對象的狀態的.保存這個狀態的作用主要用於不同jvm之間進行類實例間的共享.在ORMaping中的緩存機制,進行緩存同步時,便是常見的java序列化的應用之一.在進行遠程方法調用,遠程過程調用時,採用序列化對象的傳輸也是一種應用…當你想從一個jvm中調用另一個jvm的對象時,你就可以考慮使用序列化了.


簡而言之:序列化的作用就是爲了不同jvm之間共享實例對象的一種解決方案.由java提供此機制,效率之高,是其他解決方案無法比擬的.自家的東西嘛.


理解Java對象序列化
關於Java序列化的文章早已是汗牛充棟了，本文是對我個人過往學習，理解及應用Java序列化的一個總結。此文內容涉及Java序列化的基本原理，以及多種方法對序列化形式進行定製。在撰寫本文時，既參考了Thinking in Java, Effective Java，JavaWorld，developerWorks中的相關文章和其它網絡資料，也加入了自己的實踐經驗與理解，文、碼並茂，希望對大家有所幫助。(2012.02.14最後更新)

1. 什麼是Java對象序列化
    Java平臺允許我們在內存中創建可複用的Java對象，但一般情況下，只有當JVM處於運行時，這些對象纔可能存在，即，這些對象的生命週期不會比JVM的生命週期更長。但在現實應用中，就可能要求在JVM停止運行之後能夠保存(持久化)指定的對象，並在將來重新讀取被保存的對象。Java對象序列化就能夠幫助我們實現該功能。
    使用Java對象序列化，在保存對象時，會把其狀態保存爲一組字節，在未來，再將這些字節組裝成對象。必須注意地是，對象序列化保存的是對象的”狀態”，即它的成員變量。由此可知，對象序列化不會關注類中的靜態變量。
    除了在持久化對象時會用到對象序列化之外，當使用RMI(遠程方法調用)，或在網絡中傳遞對象時，都會用到對象序列化。Java序列化API爲處理對象序列化提供了一個標準機制，該API簡單易用，在本文的後續章節中將會陸續講到。

2. 簡單示例
在Java中，只要一個類實現了java.io.Serializable接口，那麼它就可以被序列化。此處將創建一個可序列化的類Person，本文中的所有示例將圍繞着該類或其修改版。
    Gender類，是一個枚舉類型，表示性別
public enum Gender {
    MALE, FEMALE
}
如果熟悉Java枚舉類型的話，應該知道每個枚舉類型都會默認繼承類java.lang.Enum，而該類實現了Serializable接口，所以枚舉類型對象都是默認可以被序列化的。
    Person類，實現了Serializable接口，它包含三個字段：name，String類型；age，Integer類型；gender，Gender類型。另外，還重寫該類的toString()方法，以方便打印Person實例中的內容。
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，是一個簡單的序列化程序，它先將一個Person對象保存到文件person.out中，然後再從該文件中讀出被存儲的Person對象，並打印該對象。
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(); // 沒有強制轉換到Person類型
        oin.close();
        System.out.println(newPerson);
    }
}
上述程序的輸出的結果爲：
arg constructor
[John, 31, MALE]
    此時必須注意的是，當重新讀取被保存的Person對象時，並沒有調用Person的任何構造器，看起來就像是直接使用字節將Person對象還原出來的。
當Person對象被保存到person.out文件中之後，我們可以在其它地方去讀取該文件以還原對象，但必須確保該讀取程序的CLASSPATH中包含有Person.class(哪怕在讀取Person對象時並沒有顯示地使用Person類，如上例所示)，否則會拋出ClassNotFoundException。

3. Serializable的作用
    爲什麼一個類實現了Serializable接口，它就可以被序列化呢？在上節的示例中，使用ObjectOutputStream來持久化對象，在該類中有如下代碼：
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() + ”\n”
                    + debugInfoStack.toString());
        } else {
            throw new NotSerializableException(cl.getName());
        }
    }
    
}
從上述代碼可知，如果被寫對象的類型是String，或數組，或Enum，或Serializable，那麼就可以對該對象進行序列化，否則將拋出NotSerializableException。

4. 默認序列化機制
    如果僅僅只是讓某個類實現Serializable接口，而沒有其它任何處理的話，則就是使用默認序列化機制。使用默認機制，在序列化對象時，不僅會序列化當前對象本身，還會對該對象引用的其它對象也進行序列化，同樣地，這些其它對象引用的另外對象也將被序列化，以此類推。所以，如果一個對象包含的成員變量是容器類對象，而這些容器所含有的元素也是容器類對象，那麼這個序列化的過程就會較複雜，開銷也較大。

5. 影響序列化
    在現實應用中，有些時候不能使用默認序列化機制。比如，希望在序列化過程中忽略掉敏感數據，或者簡化序列化過程。下面將介紹若干影響序列化的方法。

5.1 transient關鍵字
    當某個字段被聲明爲transient後，默認序列化機制就會忽略該字段。此處將Person類中的age字段聲明爲transient，如下所示，
public class Person implements Serializable {
    
    transient private Integer age = null;
    
}
再執行SimpleSerial應用程序，會有如下輸出：
arg constructor
[John, null, MALE]
可見，age字段未被序列化。

5.2 writeObject()方法與readObject()方法
    對於上述已被聲明爲transitive的字段age，除了將transitive關鍵字去掉之外，是否還有其它方法能使它再次可被序列化？方法之一就是在Person類中添加兩個方法：writeObject()與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()方法中會先調用ObjectOutputStream中的defaultWriteObject()方法，該方法會執行默認的序列化機制，如5.1節所述，此時會忽略掉age字段。然後再調用writeInt()方法顯示地將age字段寫入到ObjectOutputStream中。readObject()的作用則是針對對象的讀取，其原理與writeObject()方法相同。
    再次執行SimpleSerial應用程序，則又會有如下輸出：
arg constructor
[John, 31, MALE]
必須注意地是，writeObject()與readObject()都是private方法，那麼它們是如何被調用的呢？毫無疑問，是使用反射。詳情可見ObjectOutputStream中的writeSerialData方法，以及ObjectInputStream中的readSerialData方法。

5.3 Externalizable接口
    無論是使用transient關鍵字，還是使用writeObject()和readObject()方法，其實都是基於Serializable接口的序列化。JDK中提供了另一個序列化接口–Externalizable，使用該接口之後，之前基於Serializable接口的序列化機制就將失效。此時將Person類修改成如下，
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 {

    }
    
}
此時再執行SimpleSerial程序之後會得到如下結果：
arg constructor
none-arg constructor
[null, null, null]
從該結果，一方面可以看出Person對象中任何一個字段都沒有被序列化。另一方面，如果細心的話，還可以發現這此次序列化過程調用了Person類的無參構造器。
    Externalizable繼承於Serializable，當使用該接口時，序列化的細節需要由程序員去完成。如上所示的代碼，由於writeExternal()與readExternal()方法未作任何處理，那麼該序列化行爲將不會保存/讀取任何一個字段。這也就是爲什麼輸出結果中所有字段的值均爲空。
    另外，若使用Externalizable進行序列化，當讀取對象時，會調用被序列化類的無參構造器去創建一個新的對象，然後再將被保存對象的字段的值分別填充到新對象中。這就是爲什麼在此次序列化過程中Person類的無參構造器會被調用。由於這個原因，實現Externalizable接口的類必須要提供一個無參的構造器，且它的訪問權限爲public。
    對上述Person類作進一步的修改，使其能夠對name與age字段進行序列化，但要忽略掉gender字段，如下代碼所示：
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();
    }
    
}
執行SimpleSerial之後會有如下結果：
arg constructor
none-arg constructor
[John, 31, null]

5.4 readResolve()方法
    當我們使用Singleton模式時，應該是期望某個類的實例應該是唯一的，但如果該類是可序列化的，那麼情況可能會略有不同。此時對第2節使用的Person類進行修改，使其實現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;
    }
    
}
同時要修改SimpleSerial應用，使得能夠保存/獲取上述單例對象，並進行對象相等性比較，如下代碼所示：
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()); // 保存單例對象
        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); // 將獲取的對象與Person類中的單例對象進行相等性比較
    }
}
執行上述應用程序後會得到如下結果：
arg constructor
[John, 31, MALE]
false
值得注意的是，從文件person.out中獲取的Person對象與Person類中的單例對象並不相等。爲了能在序列化過程仍能保持單例的特性，可以在Person類中添加一個readResolve()方法，在該方法中直接返回Person的單例對象，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;
    }
    
}
再次執行本節的SimpleSerial應用後將有如下輸出：
arg constructor
[John, 31, MALE]
true

    無論是實現Serializable接口，或是Externalizable接口，當從I/O流中讀取對象時，readResolve()方法都會被調用到。實際上就是用readResolve()中返回的對象直接替換在反序列化過程中創建的對象，而被創建的對象則會被垃圾回收掉。

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