Java：序列化和反序列化

1.背景

某天，我在写代码定义 bean 的时候，顺手写了个 public class User implements Serializable，旁边的小哥哥看到了问我：你为什么要实现 Serializable 接口？你哪里用到它了吗？不实现这个接口可以吗？

emmm，皱眉沉思一下，好像也可以？

好吧，那先来了解一下 Serializable 接口涉及到的相关概念。

2.序列化协议+序列化和反序列化

  • 序列化是指：将数据结构或对象转换成特定的格式，使其可以在网络中传输，或可存储在内存/文件中。

序列化后的数据必须是可保持或可传输的数据格式，例如：二进制串/字节流、XML、JSON等。

  • 反序列化：是序列化的逆过程，将对象从序列化数据中还原出来。

自问自答

  • 问：序列化的目的是什么？
  • 答：方便的进行数据的交换和传输工作。

3.JDK类库中的序列化API

Java本身提供了对数据/对象序列化的支持。

  • 输入输出流

    • ObjectOutputStream 对象输出流，其 writeObject(Object obj) 方法可对参数指定的 obj 对象进行序列化，把得到的字节序列写到一个目标输出流中。
    • ObjectInputStream 对象输入流，其 readObject() 方法从一个源输入流中读取字节序列，再把它们反序列化为一个对象，并将其返回。

  • 接口

    • 只有实现了 Serializable 和 Externalizable 接口的类的对象才能被序列化。
    • Externalizable 接口继承自 Serializable 接口。
    • 实现 Externalizable 接口的类完全由自身来控制序列化的行为；而仅实现 Serializable 接口的类可以采用默认的序列化方式 。

  • 对象序列化步骤：

    • 创建一个对象输出流。
    • 通过对象输出流的 writeObject() 方法写对象。

  • 对象反序列化步骤：

    • 创建一个对象输入流。
    • 通过对象输入流的 readObject() 方法读取对象。

3.1 对象序列化到文件

// User.java
package com.ann.javas.javacores.serialization.demo1;

import java.io.Serializable;


public class User implements Serializable{

    private static String HH="我是静态变量，我不会被序列化";
    private int userId;
    private String userName;
    private String address;

    public int getUserId() {
        return userId;
    }

    public void setUserId(int userId) {
        this.userId = userId;
    }

    public String getUserName() {
        return userName;
    }

    public void setUserName(String userName) {
        this.userName = userName;
    }

    public String getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }

    public static String getHH() {
        return HH;
    }

    public static void setHH(String HH) {
        User.HH = HH;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "userId=" + userId +
                ", userName='" + userName + '\'' +
                ", address='" + address + '\'' +
                '}';
    }
}

// Client.java
package com.ann.javas.javacores.serialization.demo1;

import java.io.*;

public class Client {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        toFile();
        fromFile();
    }


    // Object -> 文件
    public static void toFile() throws Exception {
        User user = new User();
        user.setUserId(1223);
        user.setUserName("令习习习");
        user.setAddress("北京");

        System.out.println("对象："+user.toString());
        System.out.println("对象中的静态变量："+user.getHH());
        ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(new File("./out.txt")));
        oo.writeObject(user);
        System.out.println("序列化成功");
        oo.close();
    }

    // 文件 -> Object
    public static void fromFile() throws Exception{
        User tmp = new User();
        tmp.setHH("我是静态变量，我的值是存在JVM静态存储区的，不是反序列化来的");
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("./out.txt")));
        System.out.println("反序列化成功");
        User user = (User) ois.readObject();
        System.out.println("对象："+user.toString());
        System.out.println("对象中的静态变量："+user.getHH());
        ois.close();
    }
}

运行结果：

对象：User{userId=1223, userName='令习习习', address='北京'}
对象中的静态变量：我是静态变量，我不会被序列化
序列化成功
反序列化成功
对象：User{userId=1223, userName='令习习习', address='北京'}
对象中的静态变量：我是静态变量，我的值是存在JVM静态存储区的，不是反序列化来的

  • 这是一个简单的序列化和反序列化例子，创建一个 User 实例，将其全部数据序列化到文件；然后再从文件读取数据反序列化为对象。

  • 需要特别关注的是：对象序列化保存的是对象的"状态"，即它的成员变量。因此，对象序列化不会关注类中的静态变量。

3.2 隐藏指定字段

在某些场景下，你希望某些字段不要被序列化，此时可以使用 transient 关键字来进行排除。

  • transient 关键字只修饰变量，不修饰方法和类。
  • 被 transient 关键字修饰的变量不再能被序列化，自然也不会被反序列化回来。
// User.java
package com.ann.javas.javacores.serialization.demo2;

import java.io.Serializable;


public class User implements Serializable{

    private int userId;
    private String userName;
    private transient String address;

    public int getUserId() {
        return userId;
    }

    public void setUserId(int userId) {
        this.userId = userId;
    }

    public String getUserName() {
        return userName;
    }

    public void setUserName(String userName) {
        this.userName = userName;
    }

    public String getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "userId=" + userId +
                ", userName='" + userName + '\'' +
                ", address='" + address + '\'' +
                '}';
    }
}


//Client.java
package com.ann.javas.javacores.serialization.demo2;

import java.io.*;

public class Client {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        toFile();
        fromFile();
    }


    // Object -> 文件
    public static void toFile() throws Exception {
        User user = new User();
        user.setUserId(1223);
        user.setUserName("令习习习");
        user.setAddress("北京");

        System.out.println("对象："+user.toString());
        ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(new File("./out.txt")));
        oo.writeObject(user);
        System.out.println("序列化成功");
        oo.close();
    }

    // 文件 -> Object
    public static void fromFile() throws Exception{
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("./out.txt")));
        System.out.println("反序列化成功");
        User user = (User) ois.readObject();
        System.out.println("对象："+user.toString());
        ois.close();
    }
}

运行结果：

对象：User{userId=1223, userName='令习习习', address='北京'}
序列化成功
反序列化成功
对象：User{userId=1223, userName='令习习习', address='null'}

这里使用 transient 修饰了 User 的 address 变量，因此address不会被序列化，也不会被反序列化。

自问自答

  • 问：使用 transient 修饰的变量，就一定不会被序列化了吗？
  • 答：不一定，要取决于你的程序是怎么写的。

3.3 Serializable 的 readObject 和 writeObject

// User.java
package com.ann.javas.javacores.serialization.demo3;

import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;


public class User implements Serializable{

    private int userId;
    private String userName;
    private transient String address;

    public int getUserId() {
        return userId;
    }

    public void setUserId(int userId) {
        this.userId = userId;
    }

    public String getUserName() {
        return userName;
    }

    public void setUserName(String userName) {
        this.userName = userName;
    }

    public String getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "userId=" + userId +
                ", userName='" + userName + '\'' +
                ", address='" + address + '\'' +
                '}';
    }

    private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
        out.defaultWriteObject();
        out.writeObject(address);
    }
    private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
        in.defaultReadObject();
        address = (String)in.readObject();
    }
}

// Client.java
package com.ann.javas.javacores.serialization.demo3;

import java.io.*;

public class Client {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        toFile();
        fromFile();
    }


    // Object -> 文件
    public static void toFile() throws Exception {
        User user = new User();
        user.setUserId(1223);
        user.setUserName("令习习习");
        user.setAddress("北京");

        System.out.println("对象："+user.toString());
        ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(new File("./out.txt")));
        oo.writeObject(user);
        System.out.println("序列化成功");
        oo.close();
    }

    // 文件 -> Object
    public static void fromFile() throws Exception{
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("./out.txt")));
        System.out.println("反序列化成功");
        User user = (User) ois.readObject();
        System.out.println("对象："+user.toString());
        ois.close();
    }
}

运行结果：

对象：User{userId=1223, userName='令习习习', address='北京'}
序列化成功
反序列化成功
对象：User{userId=1223, userName='令习习习', address='北京'}

在这个例子中，User 定义了两个private方法：readObject() 和 writeObject() 。

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，此时会忽略掉被 transient 修饰的address字段。然后再调用 writeObject() 方法显示地将address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。

3.4 实现 Externalizable 接口

在Java中，对象的序列化可以通过实现两种接口来实现：

  • 若实现的是 Serializable 接口，则所有的序列化将会自动进行，如果你希望在此基础之上加点自定义的内容，就可以像上面那样加两个方法就ok了。
  • 若实现的是 Externalizable 接口，则没有任何东西可以自动序列化，需要在
    writeExternal() 方法中进行手工指定所要序列化的变量，以及如何序列化，这与是否被 transient 修饰无关（也就是说，当你不需要java自动为你序列化的时候，transient就失效了）；当然 readExternal() 也需要做相应的处理。
// User.java
package com.ann.javas.javacores.serialization.demo3;

import java.io.*;


public class User implements Externalizable{

    private int userId;
    private String userName;
    private transient String address;

    public int getUserId() {
        return userId;
    }

    public void setUserId(int userId) {
        this.userId = userId;
    }

    public String getUserName() {
        return userName;
    }

    public void setUserName(String userName) {
        this.userName = userName;
    }

    public String getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "userId=" + userId +
                ", userName='" + userName + '\'' +
                ", address='" + address + '\'' +
                '}';
    }

    @Override
    public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
        out.writeInt(userId + 122);
        out.writeObject(userName);
        out.writeObject(address);
        System.out.println("writeExternal：我没有存原文哦");
        out.flush();
    }

    @Override
    public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
        userId = in.readInt();
        userName = (String)in.readObject();
        address = (String)in.readObject();
    }
}

// Client.java
package com.ann.javas.javacores.serialization.demo3;

import java.io.*;

public class Client {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        toFile();
        fromFile();
    }


    // Object -> 文件
    public static void toFile() throws Exception {
        User user = new User();
        user.setUserId(1223);
        user.setUserName("令习习习");
        user.setAddress("北京");

        System.out.println("对象："+user.toString());
        ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(new File("./out.txt")));
        oo.writeObject(user);
        System.out.println("序列化成功");
        oo.close();
    }

    // 文件 -> Object
    public static void fromFile() throws Exception{
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("./out.txt")));
        System.out.println("反序列化成功");
        User user = (User) ois.readObject();
        System.out.println("对象："+user.toString());
        ois.close();
    }
}

运行结果：

对象：User{userId=1223, userName='令习习习', address='北京'}
writeExternal：我没有存原文哦
序列化成功
反序列化成功
对象：User{userId=1345, userName='令习习习', address='北京'}

这里有几个关键单需要说明：

  • 实现 Externalizable 接口，一定要自定义序列化方法，如果你把 writeExternal() 和 readExternal() 这里面的实现都丢掉，就会发现，java真的什么都不会做。
  • 如上面所说，当实现了 Externalizable 接口的时候，transient 关键字不再生效。
  • 反序列化时，实际上调用了 User 的无参构造函数，因此在自定义序列化方案的时候，请一定要记得提供一个 公共无参构造函数 ，不然就悲剧了。

4.关于 Serializable 和 Externalizable 的总结和附加说明

  • 构造器：

    • Serializable 序列化时不会调用默认的构造器；
    • 而 Externalizable 序列化时会调用默认构造器。

  • 功能

    • 一个对象想要被序列化，那么它的类就要实现 Serializable 接口，这个对象的所有属性（包括private属性、包括其引用的对象）都可以被序列化和反序列化来保存、传递。
    • Externalizable 是 Serializable 接口的子类，有时我们不希望序列化那么多，可以使用这个接口，这个接口的 writeExternal() 和 readExternal() 方法可以指定序列化哪些属性。

  • 关键字

    • 由于 Externalizable 对象默认不保存对象的任何字段，所以 transient 关键字只能伴随 Serializable 使用，虽然 Externalizable 对象中使用 transient 关键字也不报错，但不起任何作用。

  • 方法

    • Serializable 接口的 writeObject() 和 readObject() 方法是可选实现，若没有自定义，则使用默认的。
    • Externalizable 接口的 writeExternal() 和 readExternal() 方法是必选实现，当然你可以在里面什么都不做。

自问自答

  • 问： writeObject() 和 readObject() 都是private方法，它们是怎么被调用的呢？
  • 答：很显然，反射。详情可见 ObjectOutputStream 中的 writeSerialData 方法，以及 ObjectInputStream 中的 readSerialData 方法。
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