Java的序列化
一、序列化的含义、意义及使用场景
序列化：将对象写入到IO流中
反序列化：从IO流中恢复对象
意义：序列化机制允许将实现序列化的Java对象转换位字节序列，这些字节序列可以保存在磁盘上，或通过网络传输，以达到以后恢复成原来的对象。序列化机制使得对象可以脱离程序的运行而独立存在。
使用场景：所有可在网络上传输的对象都必须是可序列化的，比如RMI（remote method invoke,即远程方法调用），传入的参数或返回的对象都是可序列化的，否则会出错；所有需要保存到磁盘的java对象都必须是可序列化的。通常建议：程序创建的每个JavaBean类都实现Serializeable接口。
二、序列化实现的方式
如果需要将某个对象保存到磁盘上或者通过网络传输，那么这个类应该实现Serializable接口或者Externalizable接口之一。
2.1 Serializable
（1）普通序列化
Serializable接口是一个标记接口，不用实现任何方法。一旦实现了此接口，该类的对象就是可序列化的。
1）序列化步骤：
步骤一：创建一个ObjectOutputStream输出流；
步骤二：调用ObjectOutputStream对象的writeObject输出可序列化对象。
代码如下：
public class Person implements Serializable {
private String name;
private int age;
//我不提供无参构造器
public Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Person{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
public class WriteObject {
public static void main(String[] args) {
try (//创建一个ObjectOutputStream输出流
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("object.txt"))) {
//将对象序列化到文件s
Person person = new Person("9龙", 23);
oos.writeObject(person);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}2）反序列化步骤：
步骤一：创建一个ObjectInputStream输入流；
步骤二：调用ObjectInputStream对象的readObject()得到序列化的对象。
我们将上面序列化到person.txt的person对象反序列化回来
public class Person implements Serializable {
private String name;
private int age;
//我不提供无参构造器
public Person(String name, int age) {
System.out.println("反序列化，你调用我了吗？");
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Person{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
public class ReadObject {
public static void main(String[] args) {
try (//创建一个ObjectInputStream输入流
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("person.txt"))) {
Person brady = (Person) ois.readObject();
System.out.println(brady);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//运行结果
//Person{name='9龙', age=23}输出告诉我们，反序列化并不会调用构造方法。反序列的对象是由JVM自己生成的对象，不通过构造方法生成。
（2）成员是引用的序列化
如果一个可序列化的类的成员不是基本类型，也不是String类型，那这个引用类型也必须是可序列化的；否则，会导致此类不能序列化。
看例子，我们新增一个Teacher类。将Person去掉实现Serializable接口代码。
public class Person{
//省略相关属性与方法
}
public class Teacher implements Serializable {
private String name;
private Person person;
public Teacher(String name, Person person) {
this.name = name;
this.person = person;
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("teacher.txt"))) {
Person person = new Person("路飞", 20);
Teacher teacher = new Teacher("雷利", person);
oos.writeObject(teacher);
}
}
}
我们看到程序直接报错，因为Person类的对象是不可序列化的，这导致了Teacher的对象不可序列化。
（3）同一对象序列化多次的机制
同一对象序列化多次，会将这个对象序列化多次吗？答案是否定的。
public class WriteTeacher {
public static void main(String[] args) throws Exception {
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("teacher.txt"))) {
Person person = new Person("路飞", 20);
Teacher t1 = new Teacher("雷利", person);
Teacher t2 = new Teacher("红发香克斯", person);
//依次将4个对象写入输入流
oos.writeObject(t1);
oos.writeObject(t2);
oos.writeObject(person);
oos.writeObject(t2);
}
}
}依次将t1、t2、person、t2对象序列化到文件teacher.txt文件中。
注意：反序列化的顺序与序列化时的顺序一致。
public class ReadTeacher {
public static void main(String[] args) {
try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("teacher.txt"))) {
Teacher t1 = (Teacher) ois.readObject();
Teacher t2 = (Teacher) ois.readObject();
Person p = (Person) ois.readObject();
Teacher t3 = (Teacher) ois.readObject();
System.out.println(t1 == t2);
System.out.println(t1.getPerson() == p);
System.out.println(t2.getPerson() == p);
System.out.println(t2 == t3);
System.out.println(t1.getPerson() == t2.getPerson());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//输出结果
//false
//true
//true
//true
//true从输出结果可以看出，Java序列化同一对象，并不会将此对象序列化多次得到多个对象。
Java序列化算法
1）所有保存到磁盘的对象都有一个序列化编码号
2）当程序试图序列化一个对象时，会先检查此对象是否已经序列化过，只有此对象从未（在此虚拟机）被序列化过，才会将此对象序列化为字节序列输出。
3）如果此对象已经序列化过，则直接输出编号即可。
上述序列化过程如下图：
（4）java序列化算法潜在的问题
由于java序列化算法不会重复序列化同一个对象，只会记录已序列化对象的编号。如果序列化一个可变对象（对象内的内容可更改）后，更改了对象内容，再次序列化，并不会再次将此对象转换为字节序列，而只是保存序列化编号。
public class WriteObject {
public static void main(String[] args) {
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("person.txt"));
ObjectInputStream ios = new ObjectInputStream(new FileInputStream("person.txt"))) {
//第一次序列化person
Person person = new Person("9龙", 23);
oos.writeObject(person);
System.out.println(person);
//修改name
person.setName("海贼王");
System.out.println(person);
//第二次序列化person
oos.writeObject(person);
//依次反序列化出p1、p2
Person p1 = (Person) ios.readObject();
Person p2 = (Person) ios.readObject();
System.out.println(p1 == p2);
System.out.println(p1.getName().equals(p2.getName()));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
//输出结果
//Person{name='9龙', age=23}
//Person{name='海贼王', age=23}
//true
//true（5）可选的自定义序列化
有些时候，我们有这样的需求，某些属性不需要序列化。
1）使用transient关键字选择不需要序列化的字段。
public class Person implements Serializable {
//不需要序列化名字与年龄
private transient String name;
private transient int age;
private int height;
private transient boolean singlehood;
public Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
//省略get,set方法
}
public class TransientTest {
public static void main(String[] args) throws Exception {
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("person.txt"));
ObjectInputStream ios = new ObjectInputStream(new FileInputStream("person.txt"))) {
Person person = new Person("9龙", 23);
person.setHeight(185);
System.out.println(person);
oos.writeObject(person);
Person p1 = (Person)ios.readObject();
System.out.println(p1);
}
}
}
//输出结果
//Person{name='9龙', age=23', singlehood=true', height=185cm}
//Person{name='null', age=0', singlehood=false', height=185cm}从输出我们看到，使用transient修饰的属性，java序列化时，会忽略掉此字段，所以反序列化出的对象，被transient修饰的属性是默认值。对于引用类型，值是null；基本类型，值是0；boolean类型，值是false。
2）使用transient虽然简单，但将此属性完全隔离在了序列化之外。java提供了可选的自定义序列化。可以进行控制序列化的方式，或者对序列化数据进行编码加密等。
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream out) throws IOException；
private void readObject(java.io.ObjectIutputStream in) throws IOException,ClassNotFoundException;
private void readObjectNoData() throws ObjectStreamException;通过重写writeObject与readObject方法，可以自己选择哪些属性需要序列化， 哪些属性不需要。如果writeObject使用某种规则序列化，则相应的readObject需要相反的规则反序列化，以便能正确反序列化出对象。这里展示对名字进行反转加密。
public class Person implements Serializable {
private String name;
private int age;
//省略构造方法，get及set方法
private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
//将名字反转写入二进制流
out.writeObject(new StringBuffer(this.name).reverse());
out.writeInt(age);
}
private void readObject(ObjectInputStream ins) throws IOException,ClassNotFoundException{
//将读出的字符串反转恢复回来
this.name = ((StringBuffer)ins.readObject()).reverse().toString();
this.age = ins.readInt();
}
}当序列化流不完整时，readObjectNoData()方法可以用来正确地初始化反序列化的对象。例如，使用不同类接收反序列化对象，或者序列化流被篡改时，系统都会调用readObjectNoData()方法来初始化反序列化的对象。
3）更彻底的自定义序列化
ANY-ACCESS-MODIFIER Object writeReplace() throws ObjectStreamException;
ANY-ACCESS-MODIFIER Object readResolve() throws ObjectStreamException;
writeReplace：在序列化时，会先调用此方法，再调用writeObject方法。此方法可将任意对象代替目标序列化对象
public class Person implements Serializable {
private String name;
private int age;
//省略构造方法，get及set方法
private Object writeReplace() throws ObjectStreamException {
ArrayList<Object> list = new ArrayList<>(2);
list.add(this.name);
list.add(this.age);
return list;
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("person.txt"));
ObjectInputStream ios = new ObjectInputStream(new FileInputStream("person.txt"))) {
Person person = new Person("9龙", 23);
oos.writeObject(person);
ArrayList list = (ArrayList)ios.readObject();
System.out.println(list);
}
}
}
//输出结果
//[9龙, 23]readResolve：反序列化时替换反序列化出的对象，反序列化出来的对象被立即丢弃。此方法在readeObject后调用。
public class Person implements Serializable {
private String name;
private int age;
//省略构造方法，get及set方法
private Object readResolve() throws ObjectStreamException{
return new ("brady", 23);
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("person.txt"));
ObjectInputStream ios = new ObjectInputStream(new FileInputStream("person.txt"))) {
Person person = new Person("9龙", 23);
oos.writeObject(person);
HashMap map = (HashMap)ios.readObject();
System.out.println(map);
}
}
}
//输出结果
//{brady=23}readResolve常用来反序列单例类，保证单例类的唯一性。
注意：readResolve与writeReplace的访问修饰符可以是private、protected、public，如果父类重写了这两个方法，子类都需要根据自身需求重写，这显然不是一个好的设计。通常建议对于final修饰的类重写readResolve方法没有问题；否则，重写readResolve使用private修饰。
2.2 Externalizable：强制自定义序列化
通过实现Externalizable接口，必须实现writeExternal、readExternal方法。
public interface Externalizable extends java.io.Serializable {
void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException;
void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException;
}public class ExPerson implements Externalizable {
private String name;
private int age;
//注意，必须加上pulic 无参构造器
public ExPerson() {
}
public ExPerson(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
//将name反转后写入二进制流
StringBuffer reverse = new StringBuffer(name).reverse();
System.out.println(reverse.toString());
out.writeObject(reverse);
out.writeInt(age);
}
@Override
public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
//将读取的字符串反转后赋值给name实例变量
this.name = ((StringBuffer) in.readObject()).reverse().toString();
System.out.println(name);
this.age = in.readInt();
}
public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("ExPerson.txt"));
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("ExPerson.txt"))) {
oos.writeObject(new ExPerson("brady", 23));
ExPerson ep = (ExPerson) ois.readObject();
System.out.println(ep);
}
}
}
//输出结果
//ydarb
//brady
//ExPerson{name='brady', age=23}注意：Externalizable接口不同于Serializable接口，实现此接口必须实现接口中的两个方法实现自定义序列化，这是强制性的；特别之处是必须提供pulic的无参构造器，因为在反序列化的时候需要反射创建对象。
2.3 两种序列化机制对比
| 实现Serializable接口 | 实现Externalizable接口 |
|---|---|
| 系统自动存储必要的信息 | 程序员决定存储哪些信息 |
| Java内建支持，易于实现，只需要实现该接口即可，无需任何代码支持 | 必须实现接口内的两个方法 |
| 性能略差 | 性能略好 |
虽然Externalizable接口带来了一定的性能提升，但变成复杂度也提高了，所以一般通过实现Serializable接口进行序列化。
三、序列化版本号serialVersionUID
我们知道，反序列化必须拥有class文件，但随着项目的升级，class文件也会升级，序列化怎么保证升级前后的兼容性呢？java序列化提供了一个private static final long serialVersionUID 的序列化版本号，只有版本号相同，即使更改了序列化属性，对象也可以正确被反序列化回来。
public class Person implements Serializable {
//序列化版本号
private static final long serialVersionUID = 1111013L;
private String name;
private int age;
//省略构造方法及get,set
}如果反序列化使用的class的版本号与序列化时使用的不一致，反序列化会报InvalidClassException异常。
序列化版本号可自由指定，如果不指定，JVM会根据类信息自己计算一个版本号，这样随着class的升级，就无法正确反序列化；不指定版本号另一个明显隐患是，不利于jvm间的移植，可能class文件没有更改，但不同jvm可能计算的规则不一样，这样也会导致无法反序列化。
什么情况下需要修改serialVersionUID呢？
分以下三种情况：
（1）如果只是修改了方法，反序列化不容影响，则无需修改版本号；
（2）如果只是修改了静态变量，瞬态变量（transient修饰的变量），反序列化不受影响，无需修改版本号；
（3）如果修改了非瞬态变量，则可能导致反序列化失败。如果新类中实例变量的类型与序列化时类的类型不一致，则会反序列化失败，这时候需要更改serialVersionUID。如果只是新增了实例变量，则反序列化回来新增的是默认值；如果减少了实例变量，反序列化时会忽略掉减少的实例变量。
四、总结
（1）所有需要网络传输的对象都需要实现序列化接口，通过建议所有的javaBean都实现Serializable接口。
（2）对象的类名、实例变量（包括基本类型，数组，对其他对象的引用）都会被序列化；方法、类变量、transient实例变量都不会被序列化。
（3）如果想让某个变量不被序列化，使用transient修饰。
（4）序列化对象的引用类型成员变量，也必须是可序列化的，否则，会报错。
（5）反序列化时必须有序列化对象的class文件。
（6）当通过文件、网络来读取序列化后的对象时，必须按照实际写入的顺序读取。
（7）单例类序列化，需要重写readResolve()方法；否则会破坏单例原则。
（8）同一对象序列化多次，只有第一次序列化为二进制流，以后都只是保存序列化编号，不会重复序列化。
（9）建议所有可序列化的类加上serialVersionUID 版本号，方便项目升级。