一文搞懂Java中的序列化與反序列化

2022-08-26 14:03:38

序列化和反序列化的概念

當我們在Java中建立物件的時候，物件會一直存在，直到程式終止時。但有時候可能存在一種"持久化"場景：我們需要讓物件能夠在程式不執行的情況下，仍能存在並儲存其資訊。當程式再次執行時還可以通過該物件的儲存下來的資訊來重建該物件。序列化和反序列化就應運而生了，序列化機制可以使物件可以脫離程式的執行而獨立存在。

序列化：將物件轉換成二進位制位元組流的過程
反序列化：從二進位制位元組流中恢復物件的過程

應用場景

物件在進行網路傳輸的時候，需要先被序列化，接收到序列化的物件之後需要再進行反序列化；比如遠端方法呼叫 RPC
將物件儲存到檔案中的時候需要進行序列化，將物件從檔案中讀取出來需要進行反序列化。
將物件儲存到記憶體中，需要進行序列化，將物件從記憶體中讀取出來需要進行反序列化。
將物件儲存到資料庫（如 Redis）時，需要用到序列化，將物件從快取資料庫中讀取出來需要反序列化。

序列化實現的方式

如果使用Jdk自帶的序列化方式實現物件序列化的話，那麼這個類應該實現Serializable介面或者Externalizable介面

繼承Serializable介面，普通序列化

首先我們定義一個物件類User

public class User implements Serializable {
    //序列化ID
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private int age;
    private String name;

    public User(int age, String name) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    public static long getSerialVersionUID() {
        return serialVersionUID;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

然後我們編寫一下測試類：

public class serTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception, IOException {
        SerializeUser();
        DeSerializeUser();
    }

    /**
     * 序列化方法
     * @throws IOException
     */
    private static void SerializeUser() throws  IOException {
        User user = new User(11, "小張");

        //序列化物件到指定的檔案中
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\Users\jun\Desktop\example"));
        oos.writeObject(user);
        oos.close();
        System.out.println("序列化物件成功");
    }

    /**
     * 反序列化方法
     * @throws IOException
     * @throws ClassNotFoundException
     */
    private static void DeSerializeUser() throws  IOException, ClassNotFoundException {
        //讀取指定的檔案
        File file = new File("C:\Users\jun\Desktop\example");
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        User newUser = (User)ois.readObject();
        System.out.println("反序列化物件成功:"+ newUser.getName()+ ","+newUser.getAge());
    }
}

結果：

序列化物件成功
反序列化物件成功:小張,11

一個物件想要被序列化，那麼它的類就要繼承Serializable介面或者它的子介面

繼承Serializable介面類的所有屬性（包括private屬性、包括其參照的物件）都可以被序列化和反序列化來儲存、傳遞。如果不想序列化的欄位可以使用transient關鍵字修飾

private int age;
private String name;
private transient password;//屬性：密碼，不想被序列化

我們需要注意的是：使用transient關鍵字阻止序列化雖然簡單方便，但被它修飾的屬性被完全隔離在序列化機制之外，這必然會導致了在反序列化時無法獲取該屬性的值。

其實我們完全可以在通過在需要序列化的物件的Java類里加入writeObject()方法與readObject()方法來控制如何序列化各屬性，某些屬性是否被序列化

如果User有一個屬性是參照型別的呢？比如User其中有一個屬性是類Person:

private Person person;

那如果要想User可以序列化，那Person類也必須得繼承Serializable介面，不然程式會報錯

另外大家應該注意到serialVersionUID了吧，在日常開發的過程中，經常遇到，暫且放放，我們後文再詳細講解

繼承Externalizable介面，強制自定義序列化

對於Externalizable介面，我們需要知道以下幾點：

Externalizable繼承自Serializable介面
需要我們重寫writeExternal()與readExternal()方法，這是強制性的
實現Externalizable介面的類必須要提供一個public的無參的構造器，因為反序列化的時候需要反射建立物件
Externalizable介面實現序列化，效能稍微比繼承自Serializable介面好一點

首先我們定義一個物件類ExUser

public class ExUser implements Externalizable {
    private int age;
    private String name;

    //注意，必須加上pulic 無參構造器
    public ExUser() {
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    @Override
    public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
        out.writeObject(name);
        out.writeInt(age);
    }
    @Override
    public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
        this.name = (String)in.readObject();
        this.age = in.readInt();
    }
}

我們接著編寫測試類：

public class serTest2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception, IOException {
        SerializeUser();
        DeSerializeUser();
    }

    /**
     * 序列化方法
     * @throws IOException
     */
    private static void SerializeUser() throws  IOException {
        ExUser user = new ExUser();
        user.setAge(10);
        user.setName("小王");

        //序列化物件到指定的檔案中
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\Users\jun\Desktop\example"));
        oos.writeObject(user);
        oos.close();
        System.out.println("序列化物件成功");
    }

    /**
     * 反序列化方法
     * @throws IOException
     * @throws ClassNotFoundException
     */
    private static void DeSerializeUser() throws  IOException, ClassNotFoundException {
        File file = new File("C:\Users\jun\Desktop\example");
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        ExUser newUser = (ExUser)ois.readObject();
        System.out.println("反序列化物件成功:"+ newUser.getName()+ ","+newUser.getAge());
    }
}

結果：

序列化物件成功
反序列化物件成功:小王,10

因為序列化和反序列化方法需要自己實現，因此可以指定序列化哪些屬性，transient關鍵字在這裡是無效的。

對Externalizable物件反序列化時，會先呼叫類的無參構造方法，這是有別於預設反序列方式的。如果把類的不帶引數的構造方法刪除，或者把該構造方法的存取許可權設定為private、預設或protected級別，會丟擲java.io.InvalidException: no valid constructor異常，因此Externalizable物件必須有預設建構函式，而且必需是public的。

serialVersionUID的作用

如果反序列化使用的serialVersionUID與序列化時使用的serialVersionUID不一致，會報InvalidCalssException異常。這樣就保證了專案迭代升級前後的相容性

serialVersionUID是序列化前後的唯一識別符號，只要版本號serialVersionUID相同，即使更改了序列化屬性，物件也可以正確被反序列化回來。

預設如果沒有人為顯式定義過serialVersionUID，那編譯器會為它自動宣告一個！

serialVersionUID有兩種顯式的生成方式：

預設的1L，比如：private static final long serialVersionUID = 1L;
根據類名、介面名、成員方法及屬性等來生成一個64位元的雜湊欄位，比如：

private static final long serialVersionUID = xxxxL;

靜態變數不會被序列化

凡是被static修飾的欄位是不會被序列化的，我們來看一個例子：

//實體類
public class Student implements Serializable {
    private String name;
    public static Integer age;//靜態變數



    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public static Integer getAge() {
        return age;
    }

    public static void setAge(Integer age) {
        Student.age = age;
    }
}

//測試類
public class shallowCopyTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Student student1 = new Student();
        student1.age = 11;

        //序列化，將資料寫入指定的檔案中
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D:\student1"));
        oos.writeObject(student1);
        oos.close();

        Student student2 = new Student();
        student2.age = 21;

        //序列化，將資料寫入指定的檔案中
        ObjectOutputStream oos2 = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D:\student2"));
        oos2.writeObject(student1);
        oos2.close();

        //讀取指定的檔案
        File file = new File("D:\student1");
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        Student student1_new = (Student)ois.readObject();
        System.out.println("反序列化物件,student1.age="+ student1_new.getAge());

        //讀取指定的檔案
        File file2 = new File("D:\student1");
        ObjectInputStream ois2 = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file2));
        Student student2_new = (Student)ois2.readObject();
        System.out.println("反序列化物件,student2.age="+ student2_new.getAge());


    }



}

結果：

反序列化物件,student1.age=21
反序列化物件,student2.age=21

為啥結果都是21？

我們知道物件的序列化是操作的堆記憶體中的資料，而靜態的變數又稱作類變數，其資料存放在方法區裡，類一載入，就初始化了。

又因為靜態變數age沒有被序列化，根本就沒寫入檔案流中，所以我們列印的值其實一直都是當前Student類的靜態變數age的值，而靜態變數又是所有的物件共用的一個變數，所以就都是21

使用序列化實現深拷貝

我們再來看一個例子：

//實體類 繼承Cloneable
public class Person implements Serializable{
    public String name;//姓名
    public int height;//身高
    public StringBuilder something;

...//省略 getter setter


    public Object deepClone() throws Exception{
        // 序列化
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
    
        oos.writeObject(this);
    
        // 反序列化
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
    
        return ois.readObject();
    }

}

//測試類，這邊類名筆者就不換了，在之前的基礎上改改
public class shallowCopyTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Person p1 = new Person("小張", 180, new StringBuilder("今天天氣很好"));
        Person p2 = (Person)p1.deepClone();

        System.out.println("物件是否相等："+ (p1 == p2));
        System.out.println("p1 屬性值=" + p1.getName()+ ","+ p1.getHeight() + ","+ p1.getSomething());
        System.out.println("p2 屬性值=" + p2.getName()+ ","+ p2.getHeight() + ","+ p2.getSomething());


        // change
        p1.setName("小王");
        p1.setHeight(200);
        p1.getSomething().append(",適合出去玩");
        System.out.println("...after p1 change....");

        System.out.println("p1 屬性值=" + p1.getName()+ ","+ p1.getHeight() + ","+ p1.getSomething());
        System.out.println("p2 屬性值=" + p2.getName()+ ","+ p2.getHeight() + ","+ p2.getSomething());

    }
}

結果：