详解Java编程中对象的序列化

详解Java编程中对象的序列化

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() + "\n"

+ 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SimpleSMOzTZerial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。详情可以看看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类作如下修改，

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，使用Externalizable进行序列化时，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类进行进一步的修改，使其能够对name与age字段进行序列化，但忽略掉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。

6.一些高级用法

该说的都在注释中说完了。直接给程序吧。

package test.javaPuzzler.p5;

import java.io.*;

import java.io.ObjectInputStream.GetField;

import java.io.ObjectOutputStream.PutField;

// 一个类实现Serializable来表明自己可以被序列化；

// 有一点需要特别注意的是：

// 如果子类实现了Serializable，而父类没有，则父类不会被序列化；

public class SerializableObject implements Serializable {

// 生成的序列化版本号会因为编译环境，声明的类名，成员名称和数量的变化而不同；

// 也就是说这个版本号一定程度上记录着类的定义性的信息，如果类的定义变化了，最好重新生成版本号；

// 如果新的代码使用了旧的版本号，则在反序列化的时候，可以兼容读取旧类的字节码而不会报错；

private static final long serialVersionUID = 9038542591452547920L;

public String name;

public String password;

// 如果你不希望某个非静态成员被序列化，可以用transient来修饰它；

public transient int age;

// 静态成员不会被序列化，因为序列化保存的是实例的状态信息，而静态成员是类的状态信息；

public static int version = 1;

public SerializableObject(String name, String password) {

this.name = name;

this.password = password;

}

// 每个类可以写一个writeObject方法，这个方法将会负责该类自身的序列化过程；

// 比如对于敏感信息如password，可以加密之后再序列化；

// 这个过程需要用到PutField，它可以指定哪些域会被序列化，怎么序列化(比如加密);

// 如果没有定义这个方法，将会调用ObjectOutputStream 的 defaultWriteObject；

// 你可以注释掉readObject方法，然后运行测试用例来测试密码是否被加密；

private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {

PutField putFields = out.putFields();

putFields.put("name", name);

// 模拟加密密码

putFields.put("password", "thePassword:" + password);

out.writeFields();

}

// 每个类可以写一个readObject方法，该方法负责该类自身的反序列化过程；

// 比如对序列化时加密后的密码解密；

// 这个过程需要用到GetField，他可以具体地读取每个域；或执行解密动作等等；

// 如果没有定义这个方法，将会调用ObjectInputStream 的 defaultReadObject；

private void readObject(ObjectInputStream in)

throws ClassNotFoundException, IOException {

GetField readFields = in.readFields();

// 读取到成员的值之后，直接赋给该域，即完成该域的反序列化；

name = (String) readFields.get("name", "defaultName");

// 模拟解密密码

String encPassword = (String) readFields.get("password",

"thePassword:defaultValue");

password = encPaMOzTZssword.split(":")[1];

}

// 序列化

// 主要用到ObjectOutputStream；

public void save() throws IOException {

FileOutputStream fout = new FileOutputStream("e:\\obj");

ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(fout);

oout.writeObject(this);

oout.close();

fout.close();

}

// 反序列化

// 主要用到ObjectInputStream

public static SerializableObject load() throws IOException,

ClassNotFoundException {

FileInputStream fin = new FileInputStream("e:\\obj");

ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(fin);

Object o = oin.readObject();

return (SerializableObject) o;

}

@Override

public String toString() {

return "name: " + name + ", password: " + password;

}

// 测试用例

public static void main(String[] args) throws IOException,

ClassNotFoundException {

SerializableObject so = new SerializableObject(

"http://blog.csdn.net/sunxing007", "123456");

so.save();

System.out.println(so);

System.out.println(SerializableObject.load());

}

}

序列化会对单例模式不利, 因为可以通过反序列化而破坏单例. 这个时候就要请出readResolve这个方法了. 比如下面的程序:

public class Dog extends Exception {

//private static final long serialVersionUID = -7156412195888553079L;

public static final Dog INSTANCE = new Dog();

private Dog() { }

public String toString() {

return "Woof";

}

// 通过readResolve, 保证反序列化的时候能完全自主地处理返回对象.

private Object readResolve(){

return INSTANCE;

}

public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException{

Dog d = Dog.INSTANCE;

ByteArrayOutputStream bro = new ByteArrayOutputStream();

ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(bro);

oout.writeObject(d);

ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(bro.toByteArray()));

Dog d1 = (Dog)oin.readObject();

System.out.println(d1==d);

}

}

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