序列化与反序列化之 Protostuff

一 序列化与反序列化

在大型开发中，序列化与反序列化是一个常见的技术点和问题。在之前我们对序列化与反序列化有过相关描述，但并不系统，更偏重于原理介绍。这里，我们讲详细介绍序列化与反序列化的更多场景和应用实践。

二 概念回顾

当两个进程在进行远程通信时，彼此可以发送各种类型的数据。无论是何种类型的数据，都会以二进制序列的形式在网络上传送。发送方需要把这个 Java 对象转换为字节序列，才能在网络上传送；接收方则需要把字节序列再恢复为 Java 对象。

把 Java 对象转换为字节序列的过程称为对象的序列化。

把字节序列恢复为 Java 对象的过程称为对象的反序列化。

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三 技术方案

3.1 google 的 protobuffer

早期 google 原生的 protobuffer 使用起来相当麻烦，首先要写.proto 文件，然后编译.proto 文件，生成对应的.java 文件，过程较为繁琐。不过目前随着 protobuf-java 等 jar 包的提供，使用也简化了很多。

3.2 Java 的序列化与反序列化

根据 Thinking in java 3rd Edition 的描述：

利用对象序列化可以实现“轻量级持久化”（lightweight persistence）。“持久化”意味着一个对象的生存周期并不取决于程序是否正在执行；它可以生存于程序的调用之间。通过将一个序列化对象写入磁盘，然后在重新调用时恢复该对象，就能够实现持久化的效果。之所以称其为“轻量级”，是因为不能用某种“persistent”（持久）关键字来简单地定义一个对象，并让系统自动维护其他细节问题（尽管将来有可能实现）。相反，对象必须在程序中显式地序列化和重组。如果需要一个更严格的持久化机制，可以考虑使用 Java 数据对象（JDO）或者像 Hibernate 之类的工具。

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对象序列化的概念加入到语言中是为了提供对两种主要特性的支持：

·Java 的“远程方法调用”（RMI，Remote Method Invocation）使存活于其他计算机上的对象使用起来就像是存活于本机上一样。当向远程对象发送消息时，需要通过对象序列化来传输参数和返回值。

·对 Java Beans 来说对象序列化也是必需的。使用一个 Bean 时，一般情况下是在设计阶段对它的状态信息进行配置。这种状态信息必须保存下来，并在程序启动以后，进行恢复；具体工作由对象序列化完成。

3.3 io.protostuff

这是最近在项目中使用到的一个框架，本篇也将先详细描述相关的使用案例，作为本系列的开篇。

四 使用示例

4.1 引入 maven 依赖

使用的是 1.5.3 版本：

<dependency>
    <groupId>io.protostuff</groupId>
    <artifactId>protostuff-runtime</artifactId>
    <version>1.5.3</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>io.protostuff</groupId>
    <artifactId>protostuff-core</artifactId>
    <version>1.5.3</version>
</dependency>

4.2 定义实体类

4.2.1 ProtoBufEntity

package com.flamingskys.toolbox.tool.protobuf.entity;

import lombok.Data;

@Data
public class ProtoBufEntity {
    private String name;
    private int age;
    private String label;

    public ProtoBufEntity(){

    }

    public ProtoBufEntity(String name, Integer age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

4.2.2 GroupEntity

这是一个嵌套实体类，包含了上面的 ProtoBufEntity：

package com.flamingskys.toolbox.tool.protobuf.entity;

import lombok.Data;

import java.util.List;

@Data
public class GroupEntity {
    private String id;

    private String name;

    private List<ProtoBufEntity> entities;

    public GroupEntity(String id, String name, List<ProtoBufEntity> entities) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.entities = entities;
    }
}

4.2.3 应用类 ProtoStuffUtils

package com.flamingskys.toolbox.tool.protobuf;

import com.flamingskys.toolbox.tool.protobuf.entity.GroupEntity;
import com.flamingskys.toolbox.tool.protobuf.entity.ProtoBufEntity;
import io.protostuff.LinkedBuffer;
import io.protostuff.ProtostuffIOUtil;
import io.protostuff.Schema;
import io.protostuff.runtime.RuntimeSchema;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ProtoStuffUtils {
    /**
     * 避免每次序列化都重新申请Buffer空间
     */
    private static LinkedBuffer buffer = LinkedBuffer.allocate(LinkedBuffer.DEFAULT_BUFFER_SIZE);
    /**
     * 缓存Schema
     */
    private static Map<Class<?>, Schema<?>> schemaCache = new ConcurrentHashMap<Class<?>, Schema<?>>();

    /**
     * 序列化方法，把指定对象序列化成字节数组
     *
     * @param obj
     * @param <T>
     * @return
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public static <T> byte[] serialize(T obj) {
        Class<T> clazz = (Class<T>) obj.getClass();
        Schema<T> schema = getSchema(clazz);
        byte[] data;
        try {
            data = ProtostuffIOUtil.toByteArray(obj, schema, buffer);
        } finally {
            buffer.clear();
        }

        return data;
    }

    /**
     * 反序列化方法，将字节数组反序列化成指定Class类型
     *
     * @param data
     * @param clazz
     * @param <T>
     * @return
     */
    public static <T> T deserialize(byte[] data, Class<T> clazz) {
        Schema<T> schema = getSchema(clazz);
        T obj = schema.newMessage();
        ProtostuffIOUtil.mergeFrom(data, obj, schema);
        return obj;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    private static <T> Schema<T> getSchema(Class<T> clazz) {
        Schema<T> schema = (Schema<T>) schemaCache.get(clazz);
        if (schema == null) {
            //这个schema通过RuntimeSchema进行懒创建并缓存
            //所以可以一直调用RuntimeSchema.getSchema(),这个方法是线程安全的
            schema = RuntimeSchema.getSchema(clazz);
            if (schema == null) {
                schemaCache.put(clazz, schema);
            }
        }

        return schema;
    }

    public static void main(String[] args){
        final ProtoBufEntity entity1 = new ProtoBufEntity("aaa",20);
        final ProtoBufEntity entity2 = new ProtoBufEntity("bbb",21);
        List<ProtoBufEntity> entitys = new ArrayList<ProtoBufEntity>(){
            {
                add(entity1);
                add(entity2);
            }
        };
        GroupEntity group = new GroupEntity("id_1","group1", entitys);

        byte[] bytes = ProtoStuffUtils.serialize(group);
        System.out.println("序列化后: " + bytes.length);

        GroupEntity group1 = ProtoStuffUtils.deserialize(bytes,GroupEntity.class);
        System.out.println("反序列化后: " + group1.getName());

    }
}