圖文詳解Java中的序列化機制

2022-10-06 14:08:35

概述

java中的序列化可能大家像我一樣都停留在實現Serializable介面上，對於它裡面的一些核心機制沒有深入瞭解過。直到最近在專案中踩了一個坑，就是序列化物件新增一個欄位以後，使用方系統報了反序列化失敗，原因是我們雙方的序列化物件沒有加上serialVersionUID，那你們知道下面幾個問題嗎：

序列化物件中的serialVersionUID 是幹嘛用的？
如何修改預設的序列化機制？
如何使用序列化的方式克隆物件?

物件序列化和反序列化機制

序列化： 將物件轉成二進位制寫到輸出流的過程。

反序列化： 通過輸入流讀回二進位制轉成物件的過程。

通過物件的序列化和反序列化機制可以實現物件在網路之間傳輸。

在Java中，如果一個物件要想實現序列化，必須要實現下面兩個介面之一：

Serializable 介面
Externalizable 介面

這裡我們先講解常用的Serializable 介面。

writeObject序列化過程栗子：

@Test
public void testSerializable() throws FileNotFoundException {
    User user = new User("alvin", 19);
    // 檔案輸出流
    FileOutputStream bout = new FileOutputStream("user.dat");
    try (ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(bout)) {
        // 序列化
        out.writeObject(user);
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}


@Data
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class User implements Serializable {

    private String username;

    private Integer age;
}

結果：

readObject反序列化栗子：

現在模擬另外一個系統需要反序列化user.dat

@Test
public void testDeSerializable() throws FileNotFoundException {
    User user = null;
    // 寫到記憶體中，當然也可以寫到檔案中
    FileInputStream fis = new FileInputStream("user.dat");
    try (ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(fis)) {
        // 反序列化 readObject
        user = (User) in.readObject();
    } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
        e.printStackTrace();
    }

    Assert.assertEquals("alvin", user.getUsername());
}

如果User類不實現Serializable介面, 那會怎麼樣？

當然是報錯了，如下圖：

小結：

一個物件想要被序列化，那麼它的類就要實現此介面或者它的子介面。

修改預設的序列化機制

預設的情況下，如果實現了Serializable介面的物件進行序列化的時候，預設會將全部的資料域，也就是成員變數進行序列化輸出，那往往有時候並不需要這樣，有什麼方法可以修改序列化機制呢？下面提供3中方式。

使用transient關鍵字

將成員變數標記成transient，那麼在序列化的過程中這些資料域會被跳過，如下圖所示：

這是一種最簡單的方式，但是不夠靈活。

自定義readObject、writeObject方法

序列化類中可以通過定義下面簽名的方法：

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException

只要類中有這兩個簽名的方法，那麼就不會呼叫預設的序列化，取而代之呼叫這些方法。

本例我們舉個jdk中的例子，ArrayList就實現了這兩個方法，重寫了序列化機制。

主要原因ArrayList底層的陣列通常會預留一些容量，等容量不足時再擴充容量，那麼有些空間可能就沒有實際儲存元素，採用自定義方式實現序列化時，就可以保證只序列化實際儲存的那些元素，而不是整個陣列，從而節省空間和時間。

實現Externalizable介面

Externalizable介面想必大家很少用到，它是Serializable介面的子類，使用者要實現的writeExternal()和readExternal() 方法，用來決定如何序列化和反序列化。

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，而transient在這裡無效。

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。

舉例說明：

public class User2 implements Externalizable {

    private String username;

    private Integer age;

    @Override
    public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
        out.writeUTF(username);
        out.writeInt(age);
    }

    @Override
    public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
        username = in.readUTF();
        age = in.readInt();
    }
}

serialVersionUID的作用

這就回到概述中提到的專案中遇到的問題，現在簡要描述下：

A系統中的序列化物件User用的最新版本如下：

B系統中反序列化的物件，還是老的User版本如下：

這時候A系統生成的序列化檔案，交給B系統反序列化時，出錯了， 如下圖：

原因：

類定義發生了變化，比如新增、刪除、修改類中的資料域後，它的唯一標記符或者稱為SHA指紋、或者理解為serialVersionUID都會發生變化，這個值會儲存在序列化二進位制中，如果反序列化過程發現對不上，就會報錯，如上圖所示。

那麼如何處理呢？

這時候，我們如果覺得這個序列化物件是可以相容的，那麼可以自定義一個serialVersionUID的靜態成員變數，它就不會自動生成，而是直接用這個值，如下圖：

使用序列化clone

clone大家都知道吧，在深拷貝的時候編碼還是很麻煩的，借用序列化機制可以實現深拷貝。做法很簡單，就是將物件序列化到輸出流中，然後讀回。

public class SerialCloneable implements Cloneable, Serializable {

    @Override
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        try {
            // 儲存到位元組陣列流
            ByteArrayOutputStream bout = new ByteArrayOutputStream();
            try(ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(bout)) {
                out.writeObject(this);
            }
            // 讀取
            try(InputStream bin = new ByteArrayInputStream(bout.toByteArray())) {
                ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(bin);
                return in.readObject();
            }
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            CloneNotSupportedException e2 = new CloneNotSupportedException();
            e2.initCause(e);
            throw e2;
        }
    }
}

注意一點，這種方式效能不高，通常比顯示構建、複製資料要慢不少。

到此這篇關於圖文詳解Java中的序列化機制的文章就介紹到這了,更多相關Java序列化機制內容請搜尋it145.com以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以後多多支援it145.com！