Java中的序列化Serialable详解

秒速五厘米 2022-06-12 13:36 147阅读 0赞

本文转载自[Java中的序列化Serialable高级详解][Java_Serialable]

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将 Java 对象序列化为二进制文件的 Java 序列化技术是 Java 系列技术中一个较为重要的技术点，在大部分情况下，开发人员只需要了解被序列化的类需要实现 Serializable 接口，使用 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream 进行对象的读写。然而在有些情况下，光知道这些还远远不够，文章列举了笔者遇到的一些真实情境，它们与 Java 序列化相关，通过分析情境出现的原因，使读者轻松牢记 Java 序列化中的一些高级认识。

**文章结构**

本文将逐一的介绍几个情境，顺序如下面的列表。  
1、序列化 ID 的问题  
2、静态变量序列化  
3、父类的序列化与 Transient 关键字  
4、对敏感字段加密  
5、序列化存储规则

列表的每一部分讲述了一个单独的情境，读者可以分别查看。

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## 1、序列化ID问题 ##

> 情境：两个客户端 A 和 B 试图通过网络传递对象数据，A 端将对象 C 序列化为二进制数据再传给 B，B 反序列化得到 C。  
> 问题：C 对象的全类路径假设为 com.inout.Test，在 A 和 B 端都有这么一个类文件，功能代码完全一致。也都实现了 Serializable 接口，但是反序列化时总是提示不成功。

解决：虚拟机是否允许反序列化，不仅取决于类路径和功能代码是否一致，一个非常重要的一点是两个类的序列化 ID 是否一致（就是 private static final long serialVersionUID = 1L）。清单 1 中，虽然两个类的功能代码完全一致，但是序列化 ID 不同，他们无法相互序列化和反序列化。

简单来说，Java的序列化机制是通过在运行时判断类的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。

当实现java.io.Serializable接口的实体（类）没有显式地定义一个名为serialVersionUID，类型为long的变量时，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，只有同一次编译生成的class才会生成相同的serialVersionUID 。

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，未作更改的类，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。

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## 2、静态变量序列化 ##

情境：如下代码所示：

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();
            }
        }
    }

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。

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## 3、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**

![这里写图片描述][image005.gif]

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。

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## 4、对敏感字段加密 ##

##  ##

情境：服务器端给客户端发送序列化对象数据，对象中有一些数据是敏感的，比如密码字符串等，希望对该密码字段在序列化时，进行加密，而客户端如果拥有解密的密钥，只有在客户端进行反序列化时，才可以对密码进行读取，这样可以一定程度保证序列化对象的数据安全。

解决：在序列化过程中，虚拟机会试图调用对象类里的 writeObject 和 readObject 方法，进行用户自定义的序列化和反序列化，如果没有这样的方法，则默认调用是 ObjectOutputStream 的 defaultWriteObject 方法以及 ObjectInputStream 的 defaultReadObject 方法。用户自定义的 writeObject 和 readObject 方法可以允许用户控制序列化的过程，比如可以在序列化的过程中动态改变序列化的数值。基于这个原理，可以在实际应用中得到使用，用于敏感字段的加密工作。

private static final long serialVersionUID = 1L;
    
        private String password = "pass";
    
        public String getPassword() {
            return password;
        }
    
        public void setPassword(String password) {
            this.password = password;
        }
    
        private void writeObject(ObjectOutputStream out) {
            try {
                PutField putFields = out.putFields();
                System.out.println("原密码:" + password);
                password = "encryption";//模拟加密
                putFields.put("password", password);
                System.out.println("加密后的密码" + password);
                out.writeFields();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
        private void readObject(ObjectInputStream in) {
            try {
                GetField readFields = in.readFields();
                Object object = readFields.get("password", "");
                System.out.println("要解密的字符串:" + object.toString());
                password = "pass";//模拟解密,需要获得本地的密钥
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                e.printStackTrace();
            }
    
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            try {
                ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(
                        new FileOutputStream("result.obj"));
                out.writeObject(new Test());
                out.close();
    
                ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
                        "result.obj"));
                Test t = (Test) oin.readObject();
                System.out.println("解密后的字符串:" + t.getPassword());
                oin.close();
            } catch (FileNotFoundException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

在清单 3 的 writeObject 方法中，对密码进行了加密，在 readObject 中则对 password 进行解密，只有拥有密钥的客户端，才可以正确的解析出密码，确保了数据的安全。执行清单 3 后控制台输出如图 3 所示。

图 3. 数据加密演示  
![这里写图片描述][image007.jpg]

**特性使用案例**

RMI 技术是完全基于 Java 序列化技术的，服务器端接口调用所需要的参数对象来至于客户端，它们通过网络相互传输。这就涉及 RMI 的安全传输的问题。一些敏感的字段，如用户名密码（用户登录时需要对密码进行传输），我们希望对其进行加密，这时，就可以采用本节介绍的方法在客户端对密码进行加密，服务器端进行解密，确保数据传输的安全性。

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## 5、序列化存储规则 ##

##  ##

ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(
                        new FileOutputStream("result.obj"));
        Test test = new Test();
        //试图将对象两次写入文件
        out.writeObject(test);
        out.flush();
        System.out.println(new File("result.obj").length());
        out.writeObject(test);
        out.close();
        System.out.println(new File("result.obj").length());
    
        ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
                "result.obj"));
        //从文件依次读出两个文件
        Test t1 = (Test) oin.readObject();
        Test t2 = (Test) oin.readObject();
        oin.close();
    
        //判断两个引用是否指向同一个对象
        System.out.println(t1 == t2);

上述代码中对同一对象两次写入文件，打印出写入一次对象后的存储大小和写入两次后的存储大小，然后从文件中反序列化出两个对象，比较这两个对象是否为同一对象。一般的思维是，两次写入对象，文件大小会变为两倍的大小，反序列化时，由于从文件读取，生成了两个对象，判断相等时应该是输入 false 才对，但是最后结果输出如图 4 所示。

![这里写图片描述][image009.jpg]

我们看到，第二次写入对象时文件只增加了 5 字节，并且两个对象是相等的，这是为什么呢？

解答：Java 序列化机制为了节省磁盘空间，具有特定的存储规则，当写入文件的为同一对象时，并不会再将对象的内容进行存储，而只是再次存储一份引用，上面增加的 5 字节的存储空间就是新增引用和一些控制信息的空间。反序列化时，恢复引用关系，使得清单 3 中的 t1 和 t2 指向唯一的对象，二者相等，输出 true。该存储规则极大的节省了存储空间。

特性案例分析：

ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("result.obj"));
    Test test = new Test();
    test.i = 1;
    out.writeObject(test);
    out.flush();
    test.i = 2;
    out.writeObject(test);
    out.close();
    ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
                        "result.obj"));
    Test t1 = (Test) oin.readObject();
    Test t2 = (Test) oin.readObject();
    System.out.println(t1.i);
    System.out.println(t2.i);

目的是希望将 test 对象两次保存到 result.obj 文件中，写入一次以后修改对象属性值再次保存第二次，然后从 result.obj 中再依次读出两个对象，输出这两个对象的 i 属性值。案例代码的目的原本是希望一次性传输对象修改前后的状态。

结果两个输出的都是 1， 原因就是第一次写入对象以后，第二次再试图写的时候，虚拟机根据引用关系知道已经有一个相同对象已经写入文件，因此只保存第二次写的引用，所以读取时，都是第一次保存的对象。读者在使用一个文件多次 writeObject 需要特别注意这个问题。

[Java_Serialable]: http://blog.csdn.net/jiangwei0910410003/article/details/18989711/
[image005.gif]: /images/20220612/c66ffc744489467f811190ff5c4117b4.png
[image007.jpg]: /images/20220612/4d7ed758b788477fb8a42d68a9d2e8c8.png
[image009.jpg]: /images/20220612/c81dddf04b52423e9ddd32e000ff960d.png