Java序列化（Serializable）的总结

Myth丶恋晨 2022-05-18 00:54 151阅读 0赞

### 1. 序列化是干什么的？ ###

简单说就是为了保存在内存中的各种对象的状态（也就是实例变量，不是方法），并且可以把保存的对象状态再读出来。虽然你可以用你自己的各种各样的方法来保存object states，但是Java给你提供一种应该比你自己好的保存对象状态的机制，那就是序列化。

### 2. 什么情况下需要序列化    ###

a）当你想把的内存中的对象状态保存到一个文件中或者数据库中时候；

b）当你想用套接字在网络上传送对象的时候；

c）当你想通过RMI传输对象的时候；

### 3. 当对一个对象实现序列化时，究竟发生了什么？ ###

在没有序列化前，每个保存在堆（Heap）中的对象都有相应的状态（state），即实例变量（instance variable）比如：

Foo myFoo = new Foo();  
    myFoo.setWidth(37);  
    myFoo.setHeight(70);

当通过下面的代码序列化之后，MyFoo对象中的width和Height实例变量的值（37，70）都被保存到foo.ser文件中，这样以后又可以把它 从文件中读出来，重新在堆中创建原来的对象。当然保存时候不仅仅是保存对象的实例变量的值，JVM还要保存一些小量信息，比如类的类型等以便恢复原来的对象。

FileOutputStream fs = new FileOutputStream("foo.ser");  
    ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(fs);  
    os.writeObject(myFoo);

### 4. 实现序列化（保存到一个文件）的步骤 ###

a）Make a FileOutputStream

FileOutputStream fs = new FileOutputStream("foo.ser");

b）Make a ObjectOutputStream

ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(fs);

c）write the object

os.writeObject(myObject1);  
    os.writeObject(myObject2);  
    os.writeObject(myObject3);

d) close the ObjectOutputStream

os.close();

### 5. 举例说明 ###

import java.io.*;
      
    public class  Box implements Serializable  
    {  
        private int width;  
        private int height;  
      
        public void setWidth(int width){  
            this.width  = width;  
        }  
        public void setHeight(int height){  
            this.height = height;  
        }  
      
        public static void main(String[] args){  
            Box myBox = new Box();  
            myBox.setWidth(50);  
            myBox.setHeight(30);  
      
            try{  
                FileOutputStream fs = new FileOutputStream("foo.ser");  
                ObjectOutputStream os =  new ObjectOutputStream(fs);  
                os.writeObject(myBox);  
                os.close();  
            }catch(Exception ex){  
                ex.printStackTrace();  
            }  
        }  
          
    }

### 6. 相关注意事项 ###

a）序列化时，只对对象的状态进行保存，而不管对象的方法；

b）当一个父类实现序列化，子类自动实现序列化，不需要显式实现Serializable接口；

c）当一个对象的实例变量引用其他对象，序列化该对象时也把引用对象进行序列化；

d）并非所有的对象都可以序列化，至于为什么不可以，有很多原因了，比如：

1.安全方面的原因，比如一个对象拥有private，public等field，对于一个要传输的对象，比如写到文件，或者进行RMI传输等等，在序列化进行传输的过程中，这个对象的private等域是不受保护的。

2. 资源分配方面的原因，比如socket，thread类，如果可以序列化，进行传输或者保存，也无法对他们进行重新的资源分配，而且也是没有必要这样实现。

### 小结： ###

为何要进行序列化呢，不进行序列化，我的程序不跑的好好的吗?你想要什么结果，我也能给解决不是。我想说确实是这样，如果你的程序与网络无关，那很好你已经可以摒弃它了。

那下面我来简单分析下为何Java需要进行序列化呢.

首先我们要明白,序列化是做什么作用的。  
    Java序列化: 以特定的方式对类实例的瞬时状态进行编码保存的一种操作(可能不是很精确，咱不是搞学术的，看懂即可)。  
    从此定义可以看出，序列化作用的对象是类的实例。对实例进行序列化，就是保存实例当前在内存中的状态，包括实例的每一个属性的值和引用等。

有序列化，便会有反序列化。反序列化的作用便是将序列化后的编码解码成类实例的瞬时状态，申请等同的内存保存该实例。

从上述定义可以发现，序列化就是为了保存Java的类实例对象的状态的。保存这个状态的作用主要用于不同JVM之间进行类实例间的共享。在ORMaping中的缓存机制，进行缓存同步时，便是常见的Java序列化的应用之一。在进行远程方法调用，远程过程调用时，采用序列化对象的传输也是一种应用...当你想从一个JVM中调用另一个JVM的对象时，你就可以考虑使用序列化了。

简而言之：序列化的作用就是为了不同JVM之间共享实例对象的一种解决方案。由Java提供此机制，效率之高，是其他解决方案无法比拟的，自家的东西嘛。

### 分析第二部分： ###

此文内容涉及Java序列化的基本原理，以及多种方法对序列化形式进行定制。在撰写本文时，既参考了Thinking in Java, Effective Java，JavaWorld，developerWorks中的相关文章和其它网络资料，也加入了自己的实践经验与理解，文、码并茂，希望对大家有所帮助。

1. 什么是Java对象序列化

Java平台允许我们在内存中创建可复用的Java对象，但一般情况下，只有当JVM处于运行时，这些对象才可能存在，即，这些对象的生命周期不会比JVM的生命周期更长。但在现实应用中，就可能要求在JVM停止运行之后能够保存(持久化)指定的对象，并在将来重新读取被保存的对象。Java对象序列化就能够帮助我们实现该功能。

使用Java对象序列化，在保存对象时，会把其状态保存为一组字节，在未来，再将这些字节组装成对象。必须注意地是，对象序列化保存的是对象的"状态"，即它的成员变量。由此可知，对象序列化不会关注类中的静态变量。

除了在持久化对象时会用到对象序列化之外，当使用RMI(远程方法调用)，或在网络中传递对象时，都会用到对象序列化。Java序列化API为处理对象序列化提供了一个标准机制，该API简单易用，在本文的后续章节中将会陆续讲到。

2. 简单示例

在Java中，只要一个类实现了java.io.Serializable接口，那么它就可以被序列化。此处将创建一个可序列化的类Person，本文中的所有示例将围绕着该类或其修改版。

Gender类，是一个枚举类型，表示性别

public enum Gender {
        MALE, FEMALE
    }

如果熟悉Java枚举类型的话，应该知道每个枚举类型都会默认继承类java.lang.Enum，而该类实现了Serializable接口，所以枚举类型对象都是默认可以被序列化的。

Person类，实现了Serializable接口，它包含三个字段：name，String类型；age，Integer类型；gender，Gender类型。另外，还重写该类的toString()方法，以方便打印Person实例中的内容。

public class 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("arg constructor");
            this.name = name;
            this.age = age;
            this.gender = gender;
        }
    
        public String getName() {
            return name;
        }
    
        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
    
        public Integer getAge() {
            return age;
        }
    
        public void setAge(Integer age) {
            this.age = age;
    
        }
    
        public Gender getGender() {
            return gender;
        }
    
        public void setGender(Gender gender) {
            this.gender = gender;
        }
    
        @Override
        public String toString() {
            return "[" + name + ", " + age + ", " + gender + "]";
        }
    
    }

SimpleSerial，是一个简单的序列化程序，它先将一个Person对象保存到文件person.out中，然后再从该文件中读出被存储的Person对象，并打印该对象。

public class SimpleSerial {
    
        public static void 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(); // 没有强制转换到Person类型
            oin.close();
            System.out.println(newPerson);
        }
    }

上述程序的输出的结果为：

arg constructor

\[John, 31, MALE\]

此时必须注意的是，当重新读取被保存的Person对象时，并没有调用Person的任何构造器，看起来就像是直接使用字节将Person对象还原出来的。

当Person对象被保存到person.out文件中之后，我们可以在其它地方去读取该文件以还原对象，但必须确保该读取程序的CLASSPATH中包含有Person.class(哪怕在读取Person对象时并没有显示地使用Person类，如上例所示)，否则会抛出ClassNotFoundException。

3. Serializable的作用

为什么一个类实现了Serializable接口，它就可以被序列化呢？在上节的示例中，使用ObjectOutputStream来持久化对象，在该类中有如下代码：

private void writeObject0(Object obj, boolean unshared) throws IOException {
    
        ...
    
        if (obj instanceof String) {
    
            writeString((String) obj, unshared);
    
        } else if (cl.isArray()) {
    
            writeArray(obj, desc, unshared);
    
        } else if (obj instanceof Enum) {
    
            writeEnum((Enum) obj, desc, unshared);
    
        } else if (obj instanceof Serializable) {
    
            writeOrdinaryObject(obj, desc, unshared);
    
        } else {
    
            if (extendedDebugInfo) {
    
                throw new NotSerializableException(cl.getName() + "\n"
    
                        + debugInfoStack.toString());
    
            } else {
    
                throw new NotSerializableException(cl.getName());
    
            }
    
        }
    
        ...
    
    }

从上述代码可知，如果被写对象的类型是String，或数组，或Enum，或实现了Serializable接口的对象，那么就可以对该对象进行序列化，否则将抛出NotSerializableException。

4. 默认序列化机制

如果仅仅只是让某个类实现Serializable接口，而没有其它任何处理的话，则就是使用默认序列化机制。使用默认机制，在序列化对象时，不仅会序列化当前对象本身，还会对该对象引用的其它对象也进行序列化，同样地，这些其它对象引用的另外对象也将被序列化，以此类推。所以，如果一个对象包含的成员变量是容器类对象，而这些容器所含有的元素也是容器类对象，那么这个序列化的过程就会较复杂，开销也较大。

5. 影响序列化

在现实应用中，有些时候不能使用默认序列化机制。比如，希望在序列化过程中忽略掉敏感数据，或者简化序列化过程。下面将介绍若干影响序列化的方法。

5.1 transient关键字

当某个字段被声明为transient后，默认序列化机制就会忽略该字段。此处将Person类中的age字段声明为transient，如下所示，

public class Person implements Serializable {
    
        ...
    
        transient private Integer age = null;
        ...
    
    }

再执行SimpleSerial应用程序，会有如下输出：

arg constructor

\[John, null, MALE\]

可见，age字段未被序列化。

5.2 writeObject()方法与readObject()方法

对于上述已被声明为transient的字段age，除了将transient关键字去掉之外，是否还有其它方法能使它再次可被序列化？方法之一就是在Person类中添加两个方法：writeObject()与readObject()，如下所示：

public class Person implements Serializable {
    
        ...
        transient private Integer age = null;
        ...
    
        private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
            out.defaultWriteObject();
            out.writeInt(age);
        }
    
        private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
            in.defaultReadObject();
            age = in.readInt();
        }
    
    }

在writeObject()方法中会先调用ObjectOutputStream中的defaultWriteObject()方法，该方法会执行默认的序列化机制，如5.1节所述，此时会忽略掉age字段。然后再调用writeInt()方法显示地将age字段写入到ObjectOutputStream中。readObject()的作用则是针对对象的读取，其原理与writeObject()方法相同。

再次执行SimpleSerial应用程序，则又会有如下输出：

arg constructor

\[John, 31, MALE\]

必须注意地是，writeObject()与readObject()都是private方法，那么它们是如何被调用的呢？毫无疑问，是使用反射。详情可见ObjectOutputStream中的writeSerialData方法，以及ObjectInputStream中的readSerialData方法。

5.3 Externalizable接口

无论是使用transient关键字，还是使用writeObject()和readObject()方法，其实都是基于Serializable接口的序列化。JDK中提供了另一个序列化接口--Externalizable，使用该接口之后，之前基于Serializable接口的序列化机制就将失效。此时将Person类修改成如下，

public class Person implements Externalizable {
    
        private String name = null;
        transient 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("arg constructor");
            this.name = name;
            this.age = age;
            this.gender = gender;
        }
    
        private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
            out.defaultWriteObject();
            out.writeInt(age);
        }
    
        private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
            in.defaultReadObject();
            age = in.readInt();
        }
    
        @Override
        public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
        }
    
        @Override
        public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
    
        }    
        ...
    
    }

此时再执行SimpleSerial程序之后会得到如下结果：

arg constructor

none-arg constructor

\[null, null, null\]

从该结果，一方面可以看出Person对象中任何一个字段都没有被序列化。另一方面，如果细心的话，还可以发现这此次序列化过程调用了Person类的无参构造器。

Externalizable继承于Serializable，当使用该接口时，序列化的细节需要由程序员去完成。如上所示的代码，由于writeExternal()与readExternal()方法未作任何处理，那么该序列化行为将不会保存/读取任何一个字段。这也就是为什么输出结果中所有字段的值均为空。

另外，若使用Externalizable进行序列化，当读取对象时，会调用被序列化类的无参构造器去创建一个新的对象，然后再将被保存对象的字段的值分别填充到新对象中。这就是为什么在此次序列化过程中Person类的无参构造器会被调用。由于这个原因，实现Externalizable接口的类必须要提供一个无参的构造器，且它的访问权限为public。

对上述Person类作进一步的修改，使其能够对name与age字段进行序列化，但要忽略掉gender字段，如下代码所示：

public class Person implements Externalizable {
    
        private String name = null;
        transient 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("arg constructor");
            this.name = name;
            this.age = age;
            this.gender = gender;
        }
    
        private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
            out.defaultWriteObject();
            out.writeInt(age);
        }
    
        private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
            in.defaultReadObject();
            age = in.readInt();
        }
    
        @Override
        public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
            out.writeObject(name);
            out.writeInt(age);
        }
    
        @Override
        public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
            name = (String) in.readObject();
            age = in.readInt();
        }    
        ...
    
    }

执行SimpleSerial之后会有如下结果：

arg constructor

none-arg constructor

\[John, 31, null\]

5.4 readResolve()方法

当我们使用Singleton模式时，应该是期望某个类的实例应该是唯一的，但如果该类是可序列化的，那么情况可能会略有不同。此时对第2节使用的Person类进行修改，使其实现Singleton模式，如下所示：

public class Person implements Serializable {
    
        private static class InstanceHolder {
            private static final Person instatnce = new Person("John", 31, Gender.MALE);
        }
    
        public static 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;
        }
    
        ...
    
    }

同时要修改SimpleSerial应用，使得能够保存/获取上述单例对象，并进行对象相等性比较，如下代码所示：

public class SimpleSerial {
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
    
            File file = new File("person.out");
            ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
            oout.writeObject(Person.getInstance()); // 保存单例对象
            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); // 将获取的对象与Person类中的单例对象进行相等性比较
        }
    
    }

执行上述应用程序后会得到如下结果：

arg constructor

\[John, 31, MALE\]

false

值得注意的是，从文件person.out中获取的Person对象与Person类中的单例对象并不相等。为了能在序列化过程仍能保持单例的特性，可以在Person类中添加一个readResolve()方法，在该方法中直接返回Person的单例对象，如下所示：

再次执行本节的SimpleSerial应用后将有如下输出：

arg constructor

\[John, 31, MALE\]

true

无论是实现Serializable接口，或是Externalizable接口，当从I/O流中读取对象时，readResolve()方法都会被调用到。实际上就是用readResolve()中返回的对象直接替换在反序列化过程中创建的对象，而被创建的对象则会被垃圾回收掉。