一篇搞懂java序列化Serializable

悠悠 2022-04-12 03:22 101阅读 0赞

### 序列化 (Serialization)将对象的状态信息转换为可以存储或传输的形式的过程。 ###

## 一、序列化和反序列化的概念 ##

### 把对象转换为字节序列的过程称为对象的序列化。 ###

### 把字节序列恢复为对象的过程称为对象的反序列化。 ###

**对象的序列化主要有两种用途**：

#### 1） 把对象的字节序列永久地保存到硬盘上，通常存放在一个文件中； ####

#### 2） 在网络上传送对象的字节序列。 ####

在很多应用中，需要对某些对象进行序列化，让它们离开内存空间，入住物理硬盘，以便长期保存。比如最常见的是Web服务器中的Session对象，当有 10万用户并发访问，就有可能出现10万个Session对象，内存可能吃不消，于是Web容器就会把一些seesion先序列化到硬盘中，等要用了，再把保存在硬盘中的对象还原到内存中。

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。

## 二、JDK类库中的序列化API ##

java.io.ObjectOutputStream代表对象输出流，它的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。  
　　java.io.ObjectInputStream代表对象输入流，它的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。  
　　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 。  
　　对象序列化包括如下步骤：  
　　1） 创建一个对象输出流，它可以包装一个其他类型的目标输出流，如文件输出流；  
　　2） 通过对象输出流的writeObject()方法写对象。

对象反序列化的步骤如下：  
　　1） 创建一个对象输入流，它可以包装一个其他类型的源输入流，如文件输入流；  
　　2） 通过对象输入流的readObject()方法读取对象。

**serialVersionUID**适用于Java的序列化机制。简单来说，Java的序列化机制是通过判断类的serialVersionUID来验证版本一致性的。在进行反序列化时，JVM会把传来的字节流中的serialVersionUID与本地相应实体类的serialVersionUID进行比较，如果相同就认为是一致的，可以进行反序列化，否则就会出现序列化版本不一致的异常，即是InvalidCastException。

具体的序列化过程是这样的：序列化操作的时候系统会把当前类的serialVersionUID写入到序列化文件中，当反序列化时系统会去检测文件中的serialVersionUID，判断它是否与当前类的serialVersionUID一致，如果一致就说明序列化类的版本与当前类版本是一样的，可以反序列化成功，否则失败。

**serialVersionUID有两种显示的生成方式：**

#### 一、是默认的1L，比如：private static final long serialVersionUID = 1L; ####

#### 二、是根据类名、接口名、成员方法及属性等来生成一个64位的哈希字段，比如： ####

private static final long serialVersionUID = xxxxL;

当一个类实现了Serializable接口，如果没有显示的定义serialVersionUID，Eclipse会提供相应的提醒。面对这种情况，我们只需要在Eclipse中点击类中warning图标一下，Eclipse就会 自动给定两种生成的方式。如果不想定义，在Eclipse的设置中也可以把它关掉的，设置如下：  
Window ==> Preferences ==> Java ==> Compiler ==> Error/Warnings ==> Potential programming problems  
将Serializable class without serialVersionUID的warning改成ignore即可。

**当实现java.io.Serializable接口的类没有显式地定义一个serialVersionUID变量时候，Java序列化机制会根据编译的Class自动生成一个serialVersionUID作序列化版本比较用，这种情况下，如果Class文件(类名，方法明等)没有发生变化(增加空格，换行，增加注释等等)，就算再编译多次，serialVersionUID也不会变化的。**

如果我们不希望通过编译来强制划分软件版本，即实现序列化接口的实体能够兼容先前版本，就需要显式地定义一个名为serialVersionUID，类型为long的变量，不修改这个变量值的序列化实体都可以相互进行串行化和反串行化。

下面用代码说明一下serialVersionUID在应用中常见的几种情况。

（1）序列化实体类

package com.sf.code.serial;
    
    import java.io.Serializable;
    
    public class Person implements Serializable { 
        private static final long serialVersionUID = 123456789L;
        public int id;
        public String name;
    
        public Person(int id, String name) { 
            this.id = id;
            this.name = name;
        }
    
        public String toString() { 
            return "Person: " + id + " " + name;
        }
    }

（2）序列化功能：

package com.sf.code.serial;
    
    import java.io.FileOutputStream;
    import java.io.IOException;
    import java.io.ObjectOutputStream;
    
    public class SerialTest { 
    
        public static void main(String[] args) throws IOException { 
            Person person = new Person(1234, "wang");
            System.out.println("Person Serial" + person);
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("Person.txt");
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
            oos.writeObject(person);
            oos.flush();
            oos.close();
        }
    }

（3）反序列化功能：

package com.sf.code.serial;
    
    import java.io.FileInputStream;
    import java.io.IOException;
    import java.io.ObjectInputStream;
    
    public class DeserialTest { 
        public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException { 
            Person person;
    
            FileInputStream fis = new FileInputStream("Person.txt");
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
            person = (Person) ois.readObject();
            ois.close();
            System.out.println("Person Deserial" + person);
        }
    
    }

情况一：假设Person类序列化之后，从A端传输到B端，然后在B端进行反序列化。在序列化Person和反序列化Person的时候，A端和B端都需要存在一个相同的类。如果两处的serialVersionUID不一致，会产生什么错误呢?  
【答案】可以利用上面的代码做个试验来验证：  
先执行测试类SerialTest，生成序列化文件，代表A端序列化后的文件，然后修改serialVersion值，再执行测试类DeserialTest，代表B端使用不同serialVersion的类去反序列化，结果报错:

Exception in thread "main" java.io.InvalidClassException: com.sf.code.serial.Person; local class incompatible: stream classdesc serialVersionUID = 1234567890, local class serialVersionUID = 123456789
        at java.io.ObjectStreamClass.initNonProxy(ObjectStreamClass.java:621)
        at java.io.ObjectInputStream.readNonProxyDesc(ObjectInputStream.java:1623)
        at java.io.ObjectInputStream.readClassDesc(ObjectInputStream.java:1518)
        at java.io.ObjectInputStream.readOrdinaryObject(ObjectInputStream.java:1774)
        at java.io.ObjectInputStream.readObject0(ObjectInputStream.java:1351)
        at java.io.ObjectInputStream.readObject(ObjectInputStream.java:371)
        at com.sf.code.serial.DeserialTest.main(DeserialTest.java:13)

情况二：假设两处serialVersionUID一致，如果A端增加一个字段，然后序列化，而B端不变，然后反序列化，会是什么情况呢?

package com.sf.code.serial;
    
    import java.io.Serializable;
    
    public class Person implements Serializable { 
        private static final long serialVersionUID = 1234567890L;
        public int id;
        public String name;
        public int age;
    
        public Person(int id, String name) { 
            this.id = id;
            this.name = name;
        }
        
        public Person(int id, String name, int age) { 
            this.id = id;
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
        public String toString() { 
            return "Person: " + id 
                    + ",name:" + name 
                    + ",age:" + age;
        }
    }

public class SerialTest { 
    
        public static void main(String[] args) throws IOException { 
            Person person = new Person(1234, "wang", 100);
            System.out.println("Person Serial" + person);
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("Person.txt");
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
            oos.writeObject(person);
            oos.flush();
            oos.close();
        }
    }

Person DeserialPerson: 1234,name:wang

【答案】新增 public int age; 执行SerialTest，生成序列化文件，代表A端。删除 public int age，反序列化，代表B端，最后的结果为：执行序列化，反序列化正常，但是A端增加的字段丢失(被B端忽略)。

情况三：假设两处serialVersionUID一致，如果B端减少一个字段，A端不变，会是什么情况呢?

package com.sf.code.serial;
    
    import java.io.Serializable;
    
    public class Person implements Serializable { 
        private static final long serialVersionUID = 1234567890L;
        public int id;
        //public String name;
        
        public int age;
    
        public Person(int id, String name) { 
            this.id = id;
            //this.name = name;
        }
    
        public String toString() { 
            return "Person: " + id 
                    //+ ",name:" + name 
                    + ",age:" + age;
        }
    }

Person DeserialPerson: 1234,age:0

【答案】序列化，反序列化正常，B端字段少于A端，A端多的字段值丢失(被B端忽略)。

情况四：假设两处serialVersionUID一致，如果B端增加一个字段，A端不变，会是什么情况呢?  
验证过程如下：  
先执行SerialTest，然后在实体类Person增加一个字段age，如下所示，再执行测试类DeserialTest.

package com.sf.code.serial;
    
    import java.io.Serializable;
    
    public class Person implements Serializable { 
        private static final long serialVersionUID = 1234567890L;
        public int id;
        public String name;
        public int age;
    
        public Person(int id, String name) { 
            this.id = id;
            this.name = name;
        }
        
        /*public Person(int id, String name, int age) { this.id = id; this.name = name; this.age = age; }*/
    
        public String toString() { 
            return "Person: " + id 
                    + ",name:" + name 
                    + ",age:" + age;
        }
    }

结果：Person DeserialPerson: 1234,name:wang,age:0

说明序列化，反序列化正常，B端新增加的int字段被赋予了默认值0。

最后通过下面的图片，总结一下上面的几种情况。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dldGVyX2Ryb3A_size_16_color_FFFFFF_t_70]

静态变量序列化  
情境：查看清单 2 的代码。

清单 2. 静态变量序列化问题代码

public class Test implements Serializable { 
    
    	private static final long serialVersionUID = 1L;
    
    	public static int staticVar = 5;
    
    	public static void main(String[] args) { 
    		try { 
    			//初始时staticVar为5
    			ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(
    					new FileOutputStream("result.obj"));
    			out.writeObject(new Test());
    			out.close();
    
    			//序列化后修改为10
    			Test.staticVar = 10;
    
    			ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
    					"result.obj"));
    			Test t = (Test) oin.readObject();
    			oin.close();
    			
    			//再读取，通过t.staticVar打印新的值
    			System.out.println(t.staticVar);
    			
    		} catch (FileNotFoundException e) { 
    			e.printStackTrace();
    		} catch (IOException e) { 
    			e.printStackTrace();
    		} catch (ClassNotFoundException e) { 
    			e.printStackTrace();
    		}
    	}
    }

清单 2 中的 main 方法，将对象序列化后，修改静态变量的数值，再将序列化对象读取出来，然后通过读取出来的对象获得静态变量的数值并打印出来。依照清单 2，这个 System.out.println(t.staticVar) 语句输出的是 10 还是 5 呢？

最后的输出是 10，对于无法理解的读者认为，打印的 staticVar 是从读取的对象里获得的，应该是保存时的状态才对。之所以打印 10 的原因在于序列化时，并不保存静态变量，这其实比较容易理解，序列化保存的是对象的状态，静态变量属于类的状态，因此 序列化并不保存静态变量。

### 父类的序列化与 Transient 关键字 ###

情境：一个子类实现了 Serializable 接口，它的父类都没有实现 Serializable 接口，序列化该子类对象，然后反序列化后输出父类定义的某变量的数值，该变量数值与序列化时的数值不同。

解决：要想将父类对象也序列化，就需要让父类也实现Serializable 接口。如果父类不实现的话的，就 需要有默认的无参的构造函数。在父类没有实现 Serializable 接口时，虚拟机是不会序列化父对象的，而一个 Java 对象的构造必须先有父对象，才有子对象，反序列化也不例外。所以反序列化时，为了构造父对象，只能调用父类的无参构造函数作为默认的父对象。因此当我们取父对象的变量值时，它的值是调用父类无参构造函数后的值。如果你考虑到这种序列化的情况，在父类无参构造函数中对变量进行初始化，否则的话，父类变量值都是默认声明的值，如 int 型的默认是 0，string 型的默认是 null。

Transient 关键字的作用是控制变量的序列化，在变量声明前加上该关键字，可以阻止该变量被序列化到文件中，在被反序列化后，transient 变量的值被设为初始值，如 int 型的是 0，对象型的是 null。

特性使用案例

我们熟悉使用 Transient 关键字可以使得字段不被序列化，那么还有别的方法吗？根据父类对象序列化的规则，我们可以将不需要被序列化的字段抽取出来放到父类中，子类实现 Serializable 接口，父类不实现，根据父类序列化规则，父类的字段数据将不被序列化，形成类图如图 2 所示。

图 2. 案例程序类图  
![图 2. 案例程序类图][2.]

上图中可以看出，attr1、attr2、attr3、attr5 都不会被序列化，放在父类中的好处在于当有另外一个 Child 类时，attr1、attr2、attr3 依然不会被序列化，不用重复抒写 transient，代码简洁。

static final 修饰的serialVersionUID如何被写入到序列化文件中的，看下面的源码：  
序列化写入时的ObjectStreamClass.java中，

void writeNonProxy(ObjectOutputStream out) throws IOException { 
            out.writeUTF(name);
            out.writeLong(getSerialVersionUID());
    
            byte flags = 0;
            ...

public long getSerialVersionUID() { 
            // REMIND: synchronize instead of relying on volatile?
            if (suid == null) { 
                suid = AccessController.doPrivileged(
                    new PrivilegedAction<Long>() { 
                        public Long run() { 
                            return computeDefaultSUID(cl);
                        }
                    }
                );
            }
            return suid.longValue();
        }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dldGVyX2Ryb3A_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dldGVyX2Ryb3A_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220412/6658433a91274e55978198b341dfc717.png
[2.]: /images/20220412/85fcef670262429cb961ff2a09df5e54.png
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