Android - 从浅到懂理解 Serializeable 和 Parcelable 实现的序列化和反序列化

怼烎@ 2022-12-30 03:43 277阅读 0赞

# 背景 #

在开发插件化`App`时用到了`AIDL`实现进程间通信。而`AIDL`要想传递`对象类型`的数据就需要将对象序列化。

在 `Android` 开发中，我们经常需要对`对象`进行序列化与反序列化操作。  
最常见的就是通过 `Intent` 传输数据时，`Intent` 只能传输基本数据类型、`String` 类型和可序列化与反序列化的对象类型，  
要想通过 `Intent` 传递对象类型，我们需要让该对象类型支持序列化和反序列化。

我们知道，`Android` 给我们提供了两种方式来完成序列化与反序列化过程：

*  一种是 `Serializable` 方式
 *  另一种是 `Parcelable` 方式；

本篇文章将尽可能详细讲述两种方式实现序列化。

我们首先来了解序列化和反序列化。

# 序列化和反序列化是什么？ #

除了基本数据类型外的其它类型，如`对象、文件、图片`都有自己的数据格式，很难统一传输和保存。  
基本数据类型提供了转为`byte[]`的方法，所以数据可以统一成`字节流`。

为了实现`对象、文件、图片`数据也能在计算机中传输和保存，因此可以将这些数据格式也转为`字节流`。

> 在特定语言`语言范畴`内将一个**实例对象编码成字节流**，称为**序列化**；将一个**字节流中读出一个对象实例**，称为**反序列化**。

PS：基本数据类型

1.  四种整数类型`byte、short、int、long`
2.  两种浮点数类型`float、double`
3.  一种字符类型`char`
4.  一种布尔类型`boolean`

上面提到的字节和字符，我简要描述一下。

## 字节流 和 字符流 ##

`字节流`是由`字节`组成的`流`, 与之相关的还有`字符流`，它是由`字符`组成的`流`。

这里的`流`可以看作是`水流`，`水就是数据`，而`流`是指`流入`和`流出`。

那么字节和字符是什么呢？

## 字节 和 字符 ##

*  字节`（byte）`：计算机的计量单位，表示数据量的多少。通常情况下 `1byte = 8bit`
 *  字符`（Character）`：计算机中用于表示`字母、数字、字和符号`。

一般(`ASCII编码`)在英文状态下`1`个字母或字符占用`1`个字节，`1`个汉字用`2`个字节表示。

之所以有编码表是因为`计算机`在全球各个国家和地区使用，为了支持不同国家的文字在计算机上能统一使用，  
因此提供编码表的方式，统一将文字转为字节。

常见的编码表中字符和字节的对应关系如下：

*  `ASCII` 码中，`1`个英文字母（不分大小写）为`1`个字节，`1`个中文汉字为`2`个字节。
 *  `GBK` 码中，`1`个英文字母（不分大小写）为`1`个字节，`1`个中文汉字为`2`个字节。
 *  `UTF-8` 编码中，`1`个英文字为`1`个字节，`1`个中文为`3`个字节。
 *  `Unicode` 编码中，`1`个英文为`1`个字节，`1`个中文为`2`个字节。
 *  `符号`：英文标点为`1`个字节，中文标点为`2`个字节。例如：英文句号`.`占`1`个字节的大小，中文句号`。`占`2`个字节的大小。

那么我们可以明确序列化的目的就算为了在计算机中传递`统一格式的数据`。  
而计算机传输本质又都是`字节`，所以本质上就是将数据转为`byte[]`数据格式，然后在计算机中传递。

# Android 中常见的序列化场景 #

*  文件的读写是通过`字节流`的方式，而序列化对象后就可以将对象保存文件中。
 *  网络数据传输也是通过`字节流`的方式，所以可将对象序列化后用于在网络间传递。
 *  跨进程通信，如使用 `AIDL` 传递对象时需要进行序列化。
 *  在`Intent`之间只能传递基本的数据类型, 如需要传递复杂对象，就需要用到序列化。

# Android 实现序列化的两种方式 #

*  `Serializeable`：`Java`提供的序列化方式
 *  `Parcelable`：`Android`提供的序列化方式

## Serializable ##

`Serializable` 是 `Java` 提供的序列化接口。  
要将对象序列化，只需让`对象`实现`java.io.Serializable`接口即可。  
实现`Serializable`的`类对象`的所有属性必须是可序列化的。如果有一个属性不需要可序列化的，则使用`transient` 关键字修饰。

例如：将对象保存到文本文件并读取出来。

> 写入文件我们会通过`ObjectOutputStream`的`writeObject(Object obj)`方法去实现，读取文件我们会通过`ObjectInputStream`的`readObject()`去实现。

*  `ObjectOutputStream`:是对象输出流，作用是将`对象`转成`字节数据`输出到文件中保存.
 *  `ObjectInputStream`:是对象输入流，作用是从文件中将`字节数据`转为`对象`

看个使用示例：

import java.io.Serializable;
    
    public class User implements Serializable{ 
        private static final long serialVersionUID = 1L;
        private String name = "";
    
        // transient 表示不序列化该属性
        private transient  int age = 0;
    
        // Child 对象也必须要实现 Serializable 否则得加 transient 禁止该属性序列化
        private Child child = null;
    
        // 省略 get set 等方法
    }
    
    import java.io.Serializable;
    
    public class Child implements Serializable { 
    
        private static final long serialVersionUID = 12L;
        private int age = 0;
    
         // 省略 get set 等方法
    }
    
    
    
    // 写入文件
    private static void writeUser(){ 
        //序列化到本地
        User user=new User("张三",20, new Child(2));
        try { 
            ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D:\\user.txt"));
            out.writeObject(user);
            out.close();
        } catch (IOException e) { 
            e.printStackTrace();
        }
    
    }
    
    // 从文件读取
    private static void readUser(){ 
    
        try { 
            ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("D:\\user.txt"));
    
            User user=(User)in.readObject();
            System.out.println("user :"+user.toString());
    
            // 输出
            // user :User{name='张三', age=0, child=Child{age=2}}
    
            // 解释
            // 由于我们在 User 对象的 age 属性设置了 transient 关键字，所以 age 不会被序列化。
            // 也就是写入的 age=20 保存不了，所以读取出来的数据是默认的数字 0
    
            in.close();
    
        } catch (Exception e) { 
            e.printStackTrace();
        }
    
    }

如果对象没实现`Serializable`接口就直接调用`ObjectOutputStream、ObjectInputStream`会报错`java.io.NotSerializableException`。  
而且`User`对象中的`Child`对象如果没实现`Serializable`接口也会报该错，进一步说明了对象中所有要序列化的对象都要实现`Serializable`接口。  
我们在`User`对象的`age`属性设置了`transient`，在写入`User`数据`age=20`之后但是读取数据时`age=0`也说明了`transient`可以忽略属性的序列化。

关于`serialVersionUID`最好是用`private`显式声明，而且必须是`static final long`类型，不然在反序列化时可能会报错。

> 这个`serialVersionUID`是用来`辅助序列化`和`反序列化`的。  
> 如不显式声明，编译器会自动去计算出一个值并赋予它。

那么`Serialable`是如何实现序列化的呢？

### Serializable 实现原理 ###

我们在写入文件时调用了`writeObject()`方法，那么我们就从该方法入手。

**参考小缘大佬的源码解读**:地址-https://www.wanandroid.com/wenda/show/9002

> 1.  借助`ObjectStreamClass`记录目标对象的类型，类名等信息，这个类里面还有个`ObjectStreamField`数组，用来记录目标对象的内部变量；
> 2.  在`defaultWriteFields`方法中，会先通过`ObjectStreamClass`的`getPrimFieldValues`方法，把基本数据类型的值都复制到一个叫`primVals`的`byte`数组上；
> 3.  接着通过`getPrimFieldValues`方法来获取所有成员变量的值，出乎意料的是：这两个获取值的方法，里面都不是我们常规的反射操作`(Field.get)`，而是通过操作`Unsafe类`来完成的；
> 4.  遍历剩下不是基本数据类型的成员变量，然后递归调用`writeObject`方法（也就是一层层地剥开目标对象，直到找到基本数据类型为止）

`UnSafe`类的相关的内容可自行搜索，这里就简短描述了，毕竟没用过。

> `Unsafe`类是在`sun.misc`包下，不属于`Java`标准。但是很多`Java`的基础类库，使用`Unsafe`可用来直接访问系统内存资源并进行自主管理。`Unsafe`类在提升`Java`运行效率，增强`Java`语言底层操作能力方面起了很大的作用。`Unsafe`可认为是`Java`中留下的后门，提供了一些低层次操作，如直接内存访问、线程调度等。但是官方并不建议使用`Unsafe`。  
> 来源：https://www.jb51.net/article/140726.htm

小结：  
`Serializable`实现原理本质是利用`UnSafe`类去获取对象的数据。为什么不是用反射呢？  
其实反射获取数据最后也是通过`UnSafe`类去获取。

例如：我们通过反射获取上面`User`中的`age`属性，`getInt`的实现如下：

public void getUserAgeByReflection() throws Exception { 
        //获取student类的字节码对象
        Class clazz = Class.forName("model.User");
        //用反射创建一个对象
        Object user = clazz.newInstance();
        //获取字段
        Field ageField = clazz.getDeclaredField("age");
    
        ageField.getInt(user);
    
    }

`ageField.getInt(user);` 的实现在 `UnsafeCharacterFieldAccessorImpl` 类，我们可以看出反射底层还是调用的 `UnSafe` 类

public int getInt(Object var1) throws IllegalArgumentException { 
        this.ensureObj(var1);
        return unsafe.getInt(var1, this.fieldOffset);
    }

具体信息可查看源码。

由于`Serializable`是通过`I/O读写存储在磁盘上的数据`, 并且使用了`UnSafe类`去获取数据。  
我们知道反射会有性能问题，而反射底层实现就是`UnSafe类`，所以使用`Serializable`序列化会有性能问题。  
`Android`的卡顿问题绝对是用户最头疼的问题，因此在`Android`上通过`Parcelable`来优化序列化导致的性能问题。

## Parcelable ##

`Parcelable` 是 `Android` 提供的序列化接口。

这里举个例子：两个页面之间传递对象

*  先定义对象并实现 `Parcelable`

class UserParcelable implements Parcelable { 
        private String name = "";
        private int age = 0;
    
        public UserParcelable(String name, int age) { 
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
        protected UserParcelable(Parcel in) { 
            name = in.readString();
            age = in.readInt();
        }
    
        /** * 反序列化 */
        public static final Creator<UserParcelable> CREATOR = new Creator<UserParcelable>() { 
            @Override
            public UserParcelable createFromParcel(Parcel in) { 
                return new UserParcelable(in);
            }
    
            @Override
            public UserParcelable[] newArray(int size) { 
                return new UserParcelable[size];
            }
        };
    
        @Override
        public int describeContents() { 
            return 0;
        }
    
        /** * 序列化 * @param dest * @param flags */
        @Override
        public void writeToParcel(Parcel dest, int flags) { 
            // 写入数据
            dest.writeString(name);
            dest.writeInt(age);
        }
    
        @Override
        public String toString() { 
            return "UserParcelable{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    '}';
        }
    }

页面`FirstAc`通过Intent传递给`SecondAc`

// 发送数据
    Intent intent = new Intent(FirstAc.this, SecondAc.class);
    intent.putExtra("UserParcelable", new UserParcelable("李四", 18));
    startActivity(intent);
    
    // 接收数据
    Intent intent = getIntent();
    UserParcelable userParcelable = intent.getParcelableExtra("UserParcelable");
    Log.d("SecondAc", userParcelable.toString());

### Parcelable 实现原理 ###

**还是参考小缘大佬的源码解读**:地址-https://www.wanandroid.com/wenda/show/9002

> 它的各种`writeXXX`方法，在`native`层都是会调用`Parcel.cpp`的`write`方法，它是通过`memcpy函数`直接复制内存地址由一个叫`mData`的`uint8_t`来保存。

> `read`方法同理，它也是通过 `memcpy函数`来把`mData`上的某部分数据复制出来。

## 二者的区别 ##

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>区别</th> 
   <th>Serializable</th> 
   <th>Parcelable</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>所属API</td> 
   <td>JAVA API</td> 
   <td>Android SDK API</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>原理</td> 
   <td>序列化和反序列化过程需要在磁盘上进行大量的I/O操作，且通过反射实现有性能问题</td> 
   <td>序列化和反序列化过程直接在native端操作内存</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>开销</td> 
   <td>开销大</td> 
   <td>开销小</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>效率</td> 
   <td>低</td> 
   <td>很高</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>使用场景</td> 
   <td>序列化到本地或者通过网络传输</td> 
   <td>本地内存序列化</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 总结 #

*  `序列化的作用`统一数据格式便于数据传输和保存。
 *  由于计算机中数据是以`字节流`传递，因此大部分的编程语言实现序列化的做法都是转为`byte[]`  
    而全球众多文字转为`字节`是通过特定的编码方式实现，例如`GBK`编码中，一个英文字符表示一个字节，一个中文字符表示两个字节。
 *  `Android`中有两种方式实现序列化，一个是实现`Serializable`，另一个是实现`Parcelable`。  
    `Serializable`是`Java`提供的序列化方案，  
    `Parcelable`是`Android`为了解决`Serializable`序列化导致的性能问题而提供的方案。
 *  `Serializable`实现简单，但是会有性能问题，原因是它数据的读写是通过`I/O`在磁盘上操作，而且获取数据使用的是和`反射`底层用的是一个类：`UnSafe`类，该类可以直接操作内存，官方建议不熟悉该类最好别使用。  
    `Parcelable`实现略微复杂，通过`writeXXX，readXXX`方法实现数据的读写，最终通过`native`的方法去内存中读取数据。
 *  `Serializable`序列化后的数据可以进行网络传输本地存储  
    `Parcelable`是基于`Android`的，只能在内存间传输。

# 参考 #

*  [Java:字节流和字符流（输入流和输出流）][Java]
 *  [Android中两种序列化方式的比较Serializable和Parcelable][Android_Serializable_Parcelable]
 *  [一直在用，但Serializable到底是怎么一回事？][Serializable]
 *  [每日一问 Parcelable 为什么效率高于 Serializable ？][Parcelable _ Serializable]
 *  [Java中Unsafe类详解][Java_Unsafe]

[Java]: https://www.cnblogs.com/progor/p/9357676.html
[Android_Serializable_Parcelable]: https://wangchunlei000.github.io/bigthunder.github.io/2019/07/19/Android%E4%B8%AD%E4%B8%A4%E7%A7%8D%E5%BA%8F%E5%88%97%E5%8C%96%E6%96%B9%E5%BC%8F%E7%9A%84%E6%AF%94%E8%BE%83Serializable%E5%92%8CParcelable/
[Serializable]: https://mp.weixin.qq.com/s/J3MmMZEq2Iz3I8SxHMxLzg
[Parcelable _ Serializable]: https://www.wanandroid.com/wenda/show/9002
[Java_Unsafe]: https://www.cnblogs.com/mickole/articles/3757278.html