Java 序列化与主流编解码技术框架介绍

àì夳堔傛蜴生んèń 2022-04-14 04:12 324阅读 0赞

**目录**

Java 序列化缺陷

Google · Protobuf  编解码

Facebook · Thrift 编解码

Jboos · Marshaling 编解码

MessagePack 编解码

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**序言**

1、本文将主要介绍：1）Java 序列化的缺点，2）业界流行的编解码技术框架介绍。

2、介绍编解码技术之前，就不得不提 Java 序列化，特别提醒：Java 序列化只是 Java 编解码技术中的其中一种！

3、Java 序列化的目的主要有两点：

1）网络传输

2）对象持久化

4、基于 Java 提供的对象输入/输出流 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream ，可以直接把 Java 对象作为可存储的字节数组写入文件，也可以在网络上传输。这对于程序员来说，通过基于 JDK 默认的序列化机制可以避免操作底层的字节数组，从而提升开发效率。

5、网络传输时，需要把传输的 Java 对象编码为字节数组或者 ByteBuffer 对象，而当远程服务读取到 ByteBuffer 对象或者字节数组时，需要再将其解码成发送时的 Java 对象，这就称为 Java 对象编解码技术。

# Java 序列化缺陷 #

1、Java 序列化从 JDK1.1 版本就已经提供，它不需要添加额外的类库，最简单的方式只需要实现 java.io.Serizlizable 接口即可。 可以参考《[Java 序列化漏洞多到修不完][Java]》、《[Java 内置序列化三种方式][Java 1]》

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><strong>1）无法跨语言传输</strong></td> 
   <td> <p>无法跨语言是 Java 序列化最致命的问题。对于跨进程的服务调用，服务提供者可能会使用 C++ 等其它语言开发，而当需要和异构语言进程交互时，Java 序列化就难以胜任。<br> 由于 Java 序列化技术是 Java 语言内部的私有协议，其它语言并不支持，对于用户来说它完全是黑盒。Java 序列化后的字节数组，别的语言无法进行反序列化，这就严重阻碍了它的应用。<br> 目前市场上流行的 Java RCP(远程服务调用)通信框架，都没有使用 Java 序列化作为编解码框架，原因就是它无法跨语言。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>2）序列化后码流过大</strong></td> 
   <td>评价一个编解码框架的优劣时，往往会考虑以下因素：<br> ** 是否支持跨语言，支持的语言种类是否丰富<br> ** 编码后的码流大小<br> ** 编解码的性能<br> ** 类库是否小巧，API 使用是否方便<br> ** 使用者需要手工开发的工作量和难度<br> 同等情况下，编码后的字节数组越大，存储的空间就越大，硬盘成本就越高，网络传输时越占宽带，导致系统的吞吐量降低。Java 序列化后的码流偏大也一直被业界所诟病，导致应用范围受到了很大限制。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>3）序列化性能太低</strong></td> 
   <td>比如相比其它方式，同样是序列化 100万次，Java 序列化耗费时间长。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**主流编解码框架**

1、Java 序列化仅仅是 Java 编解码技术的一种，由于它的种种缺陷，于是业界开发出了多种性能更优秀的编解码技术框架，本文会选择其中主流编解码技术框架进行介绍。

2、编解码框架同样也是序列化，从网络通信层面来说，它主要目的也是为了直接传递对象，即先将对象序列化，然后网络传输到目的地，接收方再进行反序列化生成对象。

3、实际应用中，是否序列化对象进行传递还是应该根据需求而定，有时候发送字符串也是挺方便的，比如一个 POJO 对象，或者 Map、List 等，可以先使用 Gson、FastJson 等库将对象序列化为 Json 字符串，然后发送 json 字符串数据，接收的时候，再用 Gson、FastJson 反序列化，将 json 字符串转为对象即可。

# Google · Protobuf  **编解码** #

1、Protobuf 全称 Google Protocol Buffers，由谷歌开源而来，在谷歌内部久经考验。它将数据结构以 .proto 文件进行描述，通过代码生成工具可以生成对应数据结构的 POJO 对象和 Protobuf 相关的属性和方法。

2、Protocol Buffers 是一种轻便高效的结构化数据存储格式，可以用于结构化数据序列化。它很适合做数据存储或 RPC 数据交换。

**3、Protobuf 在 Github 开源地址**：[https://github.com/protocolbuffers/protobuf][https_github.com_protocolbuffers_protobuf]

Protobuf supports several different programming languages. For each programming language, you can find instructions in the corresponding source directory about how to install protobuf runtime for that specific language:

4、Protobuf 另一个吸引人的是它的数据描述文件和代码生成机制。利用数据描述文件对数据结构进行说明，其优点如下：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1）文本话的数据结构描述语言，可以实现语言和平台无关，特别适合异构系统间的集成</p> <p>2）通过标识字段的顺序，可以实现协议的前后兼容</p> <p>3）字段代码生成，不需要手工编写同样数据结构的 C++ 和 Java 版本</p> <p>4）方便后续的管理和维护，相比于代码，结构化的文档更易管理和维护</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# Facebook · Thrift **编解码** #

1、Thrift 源于 Facebook，创建的目的是为了解决 Facebook 各系统间大数据量的传输通信问题，满足系统之间语言环境不同的需求。Thrift 可以支持多种程序语言：

The Apache Thrift software framework, for scalable cross-language services development, combines a software stack with a code generation engine to build services that work efficiently and seamlessly between C++, Java, Python, PHP, Ruby, Erlang, Perl, Haskell, C\#, Cocoa, JavaScript, Node.js, Smalltalk, OCaml and Delphi and other languages.

2、2007 年 Facebook 将 Thrift 作为一个开源项目提交给 Apache 基金会，**Apache Thrift 官网地址**：[http://thrift.apache.org/][http_thrift.apache.org]

3、在多种不同的语言之间通信，Thrift 可以作为高性能的通信中间件使用，它支持数据(对象)序列化和多种类型的 RPC 服务。Thrift 适用于静态的数据交换，需要先确定好它的数据结构，当数据结构发生变化时，必须重新编辑 IDL 文件，生成代码和编译，这一点和其它 IDL 工具相比是  Thrift 的弱项。Thrift 适用于搭建大型数据交换及存储的使用工具，对于大型系统中的内部数据传输，相比于 JSON 和 XML 在性能和传输大小上都有明显的优势。

4、Thrift 主要由 5 部分组成：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1）语言系统以及 IDL 编译器：负责由用户给定的 IDL 文件生成相应语言的接口代码；</p> <p>2）TProtocol：RPC 的协议层，可以选择多种不同的对象序列化方式，如 JSON 和 Binaru；</p> <p>3）TTransport：RPC 的传输层，同样可以选择不同的传输层实现，如 Socket、NIO、MemoryBuffer 等；</p> <p>4）TProcessor：作为协议层和用户提供的服务实现之间的纽带，负责调用服务实现的接口；</p> <p>5）TServer：聚合 TProtocol、TTransport、TProcessor 等对象。</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

5、对于编解码框架，与之对应的就是 TProtocol 。由于 Thrift 的 RPC 服务调用和编解码框架绑定在一起，所以通常使用 Thrift 的时候会采取  RPC 框架的方式，但是它的 TProtocol 编解码框架还是可以以类库的方式独立使用的

6、Thrift 通过 IDL 描述接口和数据结构定义，它支持Java 8 种基本类型、Map、List、Set，支持可选和必选定义，功能非常强大。因此可以定义数据结构中的字段的顺序，可以支持协议的前向兼容。

7、Thrift 支持三种比较典型的编解码方式：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1）通用的二进制编解码</p> <p>2）压缩的二进制编解码</p> <p>3）优化的可选字段压缩编解码</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

8、由于支持二进制压缩编解码，所以 Thrift 的编解码性能表现也相当优异，远远超过 Java 序列化和 RMI 等。

# Jboos · Marshaling **编解码** #

1、JBoss Marshalling 是一个 Java 对象的序列化 API 包，修正了 JDK 自带的序列化包的很多问题，但又保持跟 java.io.Serializable 接口的兼容。同时增加了一些可调的参数和附加的特性，并且这些参数和特性可通过工厂类进行配置。

2、JBoss Marshalling 官网地址：[http://jbossmarshalling.jboss.org/][http_jbossmarshalling.jboss.org]

3、Marshalling 在 GitHub 开源地址：[https://github.com/jboss-remoting/jboss-marshalling][https_github.com_jboss-remoting_jboss-marshalling]

4、相比于传统的 Java 序列化机制，Marshalling 的优点如下：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1）可插拔的类解析器，提供更加便捷的类加载定制策略，通过一个接口即可实现定制；</p> <p>2）可插拔的预定义类缓存表，可以减小序列化的字节数组的长度，提升常用类型的对象序列化性能；</p> <p>3）无需再实现 java.io.Serializable 接口，即可实现 Java 序列化；</p> <p>4）通过缓存技术提升对象的序列化性能。</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# MessagePack 编解码 #

**It's like JSON.but fast and small.**

MessagePack is an efficient binary serialization format. It lets you exchange data among multiple languages like JSON. But it's faster and smaller. Small integers are encoded into a single byte, and typical short strings require only one extra byte in addition to the strings themselves.

它像 JSON，但是更快更小。  
MessagePack 是一种高效的二进制序列化格式。它允许您在 JSON 等多种语言之间交换数据，但它更快速更小巧。小整数被编码为单个字节，典型的短字符串除了字符串本身之外只需要一个额外的字节。

MessagePack 官网地址：[https://msgpack.org/][https_msgpack.org]

MessagePack GitHub 开源地址：[https://github.com/msgpack/msgpack][https_github.com_msgpack_msgpack]

MessagePack Java 模块 GitHub 开源地址：[https://github.com/msgpack/msgpack-java][https_github.com_msgpack_msgpack-java]

核心压缩方式可参看官方说明[：https://github.com/msgpack/msgpack/blob/master/spec.md][https_github.com_msgpack_msgpack_blob_master_spec.md]

MessagePack is supported by over 50 programming languages and environments.（MessagePack 支持主流的 50 多种编程语言）

[Java]: https://blog.csdn.net/wangmx1993328/article/details/81278793
[Java 1]: https://blog.csdn.net/wangmx1993328/article/details/81295418
[https_github.com_protocolbuffers_protobuf]: https://github.com/protocolbuffers/protobuf
[http_thrift.apache.org]: http://thrift.apache.org/
[http_jbossmarshalling.jboss.org]: http://jbossmarshalling.jboss.org/
[https_github.com_jboss-remoting_jboss-marshalling]: https://github.com/jboss-remoting/jboss-marshalling
[https_msgpack.org]: https://msgpack.org/
[https_github.com_msgpack_msgpack]: https://github.com/msgpack/msgpack
[https_github.com_msgpack_msgpack-java]: https://github.com/msgpack/msgpack-java
[https_github.com_msgpack_msgpack_blob_master_spec.md]: https://github.com/msgpack/msgpack/blob/master/spec.md