Java序列化的工作机制

超、凢脫俗 2022-12-09 02:50 196阅读 0赞

【原创】 远洋号 2020-09-09 09:54:48

# **关于序列化** #

JDK内置同步器的实现类经常会看到java.io.Serializable接口，这个接口即是Java序列化操作，这样看来序列化也是同步器的一种机制。本节将深入剖析Java中的序列化机制，并看看AQS同步器的序列化，掌握序列化机制才能完整理解JDK内置的同步工具的实现。

在程序中为了能直接以Java对象的形式进行保存，然后再重新得到该Java对象，我们需要序列化能力。序列化其实可以看成是一种机制，即按照一定的格式将Java对象的状态转成介质可接受的形式，以方便存储或传输。Java中进行序列化操作需要实现Serializable或Externalizable接口。

![Java序列化的工作机制][Java]

# **序列化过程** #

Java序列化的大致过程为：序列化时将Java对象相关的类信息、属性及属性值等等以一定的格式转为字节流，反序列化时则根据字节流表示的信息来构建出Java对象。过程中可能涉及到其它对象的引用，所以涉及到引用的对象的相关信息也要参与序列化。如下图所示，Java对象经过序列化后转为字节流，保存字节流的常见方式有文件、内存、网络、数据库。反序列化时则通过这些介质读取字节流，然后还原为Java对象。

![Java序列化的工作机制][Java 1]

序列化与反序列化

# **序列化的作用** #

*  提供一种简单又可扩展的对象保存恢复机制。
 *  对于远程调用，能方便对对象进行编码和解码，就像实现对象直接传输。
 *  可以将对象持久化到介质中，就像实现对象直接存储。
 *  允许对象自定义外部存储的格式。

# **序列化例子** #

**常见的使用方式是直接将对象写入流中，**比如下面的例子中，创建了FileOutputStream对象，对应输出到tmp.o文件中。然后创建ObjectOutputStream对象嵌套前面的输出流，当我们调用writeObject方法时即能进行序列化操作。

![Java序列化的工作机制][Java 2]

writeObject方法需要特别说明一下，当我们对某个对象进行写入时，其实不仅仅序列化该对象，它还会去遍历寻找相关引用的其它对象，由自己和其它引用对象组成的一个完整的对象图关系都会被序列化。除了一些特殊指定的类，普通类必须实现Serializable或Externalizable接口才能被序列化。

# **反序列化例子** #

反序列化是序列化的反向操作，即通过字节流来还原Java对象。看下面的例子，首先创建FileInputStream对象，其对应的文件为tmp.o。然后创建ObjectInputStream对象嵌套前面的输入流，接着则可以调用readObject方法读取对象。readObject方法除了会恢复对象自己之外，它还会遍历整个完整的对象图关系，创建整个对象图包含的所有对象。

![Java序列化的工作机制][Java 3]

# **serialVersionUID的作用** #

在序列化操作时，经常会看到实现了Serializable接口的类会存在一个serialVersionUID属性，并且它是一个固定数值的静态变量。比如下面的一行代码，这个属性有什么作用？**其实它主要用于验证版本的一致性。**每个类都拥有这么一个ID，在序列化的时候会一起被写入流中。在反序列化的时候就被拿出来跟当前类的serialVersionUID值进行比较，两者相同则说明版本一致，可以序列化成功，而如果不同则序列化失败。

![Java序列化的工作机制][Java 4]

一般情况下我们可以自己定义serialVersionUID的值或者由IDE帮我们自动生成，如果我们不显示定义serialVersionUID的话，也不代表不存在serialVersionUID，而是由JDK帮我们生成。生成规则是利用类名、类修饰符、接口名、字段、静态初始化信息、构造函数信息、方法名、方法修饰符、方法签名等组成的信息，经过SHA算法生成摘要作为最终的serialVersionUID值。

# **父类的序列化** #

如果一个子类实现了Serializable接口而父类没有实现该接口，则在序列化子类时，子类的属性状态会被写入而父类的属性状态将不被写入。所以如果想要父类属性状态也一起参与序列化，就要让它也实现Serializable接口。

另外，如果父类未实现Serializable接口则反序列化生成的对象会再次调用父类的构造函数，以此完成对父类的初始化。所以父类属性初始值一般都是类型的默认值。比如下面的代码，Father类的属性不会参与序列化，反序列化时Father对象的属性的值为默认值0。

![Java序列化的工作机制][Java 5]

# **哪些字段会序列化** #

在序列化时对象的哪些字段会参与到序列化中呢？其实有**两种方式决定哪些字段会被序列化。一是默认方式，Java对象中的非静态和非transient的字段都会被定义为需要序列化的字段。另外一种方式是通过ObjectStreamField数组来声明需要序列化的对象。**

可以看到对象中普通的属性都是默认会被序列化的，而如果某些包含了敏感信息的属性我们不希望它参与序列化，那么最简单的方式就是可以将该字段声明为transient。

如何使用ObjectStreamField呢？举个例子，如下代码中A类中有name和password两个字段，我们通过ObjectStreamField数组声明只需序列化name字段。我们不必纠结为什么这样声明，这仅仅是一个约定而已。

![Java序列化的工作机制][Java 6]

# **Externalizable接口** #

Externalizable接口主要就是提供给用户自己控制序列化内容，虽然前面我们也看到了transient和ObjectStreamField都能定义参与序列化的字段，但实际上Externalizable接口提供了更加灵活的方式。可以看到它其实继承了Serializable接口，然后提供了writeExternal和readExternal两个方法，我们就是在这两个方法内控制序列化和反序列化。

![Java序列化的工作机制][Java 7]

比如下面的例子，我们可以在writeExternal方法中额外写入Date对象，然后再写入value值。对应地，反序列化时则是在readExternal方法中读取Date对象和value。这样就完成了自定义序列化操作。

![Java序列化的工作机制][Java 8]

# **写入时替换对象** #

正常情况下序列化某个对象时写入的正是当前的对象，但如果说我们要替换当前的对象而写入其他对象的话则可以通过**writeReplace**方法来实现。比如下面，person类通过writeReplace方法最终可以写入Object数组对象。所以我们在反序列化时就不再是转换成Person类型，而是要转换为Object数组对象。

![Java序列化的工作机制][Java 9]

# **读取时替换对象** #

上面介绍了在写入时可以替换对象，而在读取时也同样支持替换对象的，它是通过**readResolve**方法实现的。比如下面的代码，在readResolve方法返回2222，则反序列化读取时不再是Person对象，而是2222。

![Java序列化的工作机制][Java 10]

# **AQS的序列化** #

JDK内置并发AQS同步器实现了Serializable接口，其中head和tail变量声明为transient。也就是说如果对AQS同步器对象进行序列化的话，队列是不参与序列化的，只有同步状态会参与序列化。也就是说序列化会让AQS丢失队列信息，只能保留同步状态信息。

![Java序列化的工作机制][Java 11]

作者简介：笔名seaboat，擅长人工智能、计算机科学、数学原理、基础算法。出版书籍：图解数据结构与算法、Tomcat内核设计剖析、图解Java并发原理、人工智能原理科普。

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