理解Java物件序列化
阿新 • • 發佈：2019-01-14
1. 什麼是Java物件序列化
Java平臺允許我們在記憶體中建立可複用的Java物件，但一般情況下，只有當JVM處於執行時，這些物件才可能存在，即，這些物件的生命週期不會比JVM的生命週期更長。但在現實應用中，就可能要求在JVM停止執行之後能夠儲存(持久化)指定的物件，並在將來重新讀取被儲存的物件。Java物件序列化就能夠幫助我們實現該功能。使用Java物件序列化，在儲存物件時，會把其狀態儲存為一組位元組，在未來，再將這些位元組組裝成物件。必須注意地是，物件序列化儲存的是物件的"狀態"，即它的成員變數。由此可知，物件序列化不會關注類中的靜態變數。
除了在持久化物件時會用到物件序列化之外，當使用RMI(遠端方法呼叫)，或在網路中傳遞物件時，都會用到物件序列化。Java序列化API為處理物件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介面，那麼它就可以被序列化。此處將建立一個可序列化的類Person，本文中的所有示例將圍繞著該類或其修改版。Gender類，是一個列舉型別，表示性別
publicenum Gender {
MALE, FEMALE
} 如果熟悉Java列舉型別的話，應該知道每個列舉型別都會預設繼承類java.lang.Enum，而該類實現了Serializable介面，所以列舉型別物件都是預設可以被序列化的。
Person類，實現了Serializable介面，它包含三個欄位：name，String型別；age，Integer型別；gender，Gender型別。另外，還重寫該類的toString()方法，以方便列印Person例項中的內容。
publicclass 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(
this.name = name;
this.age = age;
this.gender = gender;
}
public String getName() {
return name;
}
publicvoid setName(String name) {
this.name = name;
}
public Integer getAge() {
return age;
}
publicvoid setAge(Integer age) {
this.age = age;
}
public Gender getGender() {
return gender;
}
publicvoid 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式，它先將一個Person物件儲存到檔案person.out中，然後再從該檔案中讀出被儲存的Person物件，並列印該物件。
publicclass SimpleSerial {
publicstaticvoid 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型別 oin.close();
System.out.println(newPerson);
}
} 上述程式的輸出的結果為：
arg constructor
[John, 31, MALE] 此時必須注意的是，當重新讀取被儲存的Person物件時，並沒有呼叫Person的任何構造器，看起來就像是直接使用位元組將Person物件還原出來的。
當Person物件被儲存到person.out檔案中之後，我們可以在其它地方去讀取該檔案以還原物件，但必須確保該讀取程式的CLASSPATH中包含有Person.class(哪怕在讀取Person物件時並沒有顯示地使用Person類，如上例所示)，否則會丟擲ClassNotFoundException。
3. Serializable的作用
為什麼一個類實現了Serializable介面，它就可以被序列化呢？在上節的示例中，使用ObjectOutputStream來持久化物件，在該類中有如下程式碼：privatevoid writeObject0(Object obj, boolean unshared) throws IOException {
if (obj instanceof String) {
writeString((String) obj, unshared);
} elseif (cl.isArray()) {
writeArray(obj, desc, unshared);
} elseif (obj instanceof Enum) {
writeEnum((Enum) obj, desc, unshared);
} elseif (obj instanceof Serializable) {
writeOrdinaryObject(obj, desc, unshared);
} else {
if (extendedDebugInfo) {
thrownew NotSerializableException(cl.getName() +"\n"+ debugInfoStack.toString());
} else {
thrownew NotSerializableException(cl.getName());
}
}
} 從上述程式碼可知，如果被寫物件的型別是String，或陣列，或Enum，或Serializable，那麼就可以對該物件進行序列化，否則將丟擲NotSerializableException。
4. 預設序列化機制
如果僅僅只是讓某個類實現Serializable介面，而沒有其它任何處理的話，則就是使用預設序列化機制。使用預設機制，在序列化物件時，不僅會序列化當前物件本身，還會對該物件引用的其它物件也進行序列化，同樣地，這些其它物件引用的另外物件也將被序列化，以此類推。所以，如果一個物件包含的成員變數是容器類物件，而這些容器所含有的元素也是容器類物件，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，有些時候不能使用預設序列化機制。比如，希望在序列化過程中忽略掉敏感資料，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
當某個欄位被宣告為transient後，預設序列化機制就會忽略該欄位。此處將Person類中的age欄位宣告為transient，如下所示，publicclass Person implements Serializable {
transientprivate Integer age =null;
} 再執行SimpleSerial應用程式，會有如下輸出：
arg constructor
[John, null, MALE] 可見，age欄位未被序列化。
5.2 writeObject()方法與readObject()方法
對於上述已被宣告為transitive的欄位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類中新增兩個方法：writeObject()與readObject()，如下所示：publicclass Person implements Serializable {
transientprivate Integer age =null;
privatevoid writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
out.defaultWriteObject();
out.writeInt(age);
}
privatevoid readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
in.defaultReadObject();
age = in.readInt();
}
} 在writeObject()方法中會先呼叫ObjectOutputStream中的defaultWriteObject()方法，該方法會執行預設的序列化機制，如5.1節所述，此時會忽略掉age欄位。然後再呼叫writeInt()方法顯示地將age欄位寫入到ObjectOutputStream中。readObject()的作用則是針對物件的讀取，其原理與writeObject()方法相同。
再次執行SimpleSerial應用程式，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，那麼它們是如何被呼叫的呢？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介面
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介面的序列化。JDK中提供了另一個序列化介面--Externalizable，使用該介面之後，之前基於Serializable介面的序列化機制就將失效。此時將Person類修改成如下，publicclass Person implements Externalizable {
private String name =null;
transientprivate 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;
}
privatevoid writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
out.defaultWriteObject();
out.writeInt(age);
}
privatevoid readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
in.defaultReadObject();
age = in.readInt();
}
@Override
publicvoid writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
}
@Override
publicvoid readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
}
} 此時再執行SimpleSerial程式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物件中任何一個欄位都沒有被序列化。另一方面，如果細心的話，還可以發現這此次序列化過程呼叫了Person類的無參構造器。
Externalizable繼承於Serializable，當使用該介面時，序列化的細節需要由程式設計師去完成。如上所示的程式碼，由於writeExternal()與readExternal()方法未作任何處理，那麼該序列化行為將不會儲存/讀取任何一個欄位。這也就是為什麼輸出結果中所有欄位的值均為空。
另外，若使用Externalizable進行序列化，當讀取物件時，會呼叫被序列化類的無參構造器去建立一個新的物件，然後再將被儲存物件的欄位的值分別填充到新物件中。這就是為什麼在此次序列化過程中Person類的無參構造器會被呼叫。由於這個原因，實現Externalizable介面的類必須要提供一個無參的構造器，且它的訪問許可權為public。
對上述Person類作進一步的修改，使其能夠對name與age欄位進行序列化，但要忽略掉gender欄位，如下程式碼所示：
publicclass Person implements Externalizable {
private String name =null;
transientprivate 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;
}
privatevoid writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
out.defaultWriteObject();
out.writeInt(age);
}
privatevoid readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
in.defaultReadObject();
age = in.readInt();
}
@Override
publicvoid writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
out.writeObject(name);
out.writeInt(age);
}
@Override
publicvoid 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例項應該是唯一的，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：publicclass Person implements Serializable {
privatestaticclass InstanceHolder {
privatestaticfinal Person instatnce =new Person("John", 31, Gender.MALE);
}
publicstatic 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，使得能夠儲存/獲取上述單例物件，並進行物件相等性比較，如下程式碼所示：
publicclass SimpleSerial {
publicstaticvoid main(String[] args) throws Exception {
File file =new File("person.out");
ObjectOutputStream oout =new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
oout.writeObject(Person.getInstance()); // 儲存單例物件 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); // 將獲取的物件與Person類中的單例物件進行相等性比較 }
} 執行上述應用程式後會得到如下結果：
arg constructor
[John, 31, MALE]
false 值得注意的是，從檔案person.out中獲取的Person物件與Person類中的單例物件並不相等。為了能在序列化過程仍能保持單例的特性，可以在Person類中新增一個readResolve()方法，在該方法中直接返回Person的單例物件，如下所示：
publicclass Person implements Serializable {
privatestaticclass InstanceHolder {
privatestaticfinal Person instatnce =new Person("John", 31, Gender.MALE);
}
publicstatic 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 =