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@linux1s1s 2016-06-15T03:17:51.000000Z 字数 8485 阅读 1290

深入理解Java序列化

Java 2016-06


什么是Java对象序列化

简单示例

在Java中,只要一个类实现了java.io.Serializable接口,那么它就可以被序列化。此处将创建一个可序列化的类Person,本文中的所有示例将围绕着该类或其修改版。

Gender类,是一个枚举类型,表示性别。
如果熟悉Java枚举类型的话,应该知道每个枚举类型都会默认继承类java.lang.Enum,而该类实现了Serializable接口,所以枚举类型对象都是默认可以被序列化的。

  1. public enum Gender {
  2. MALE, FEMALE
  3. }

Person类,实现了Serializable接口,它包含三个字段:name,String类型;age,Integer类型;gender,Gender类型。另外,还重写该类的toString()方法,以方便打印Person实例中的内容。

  1. public class Person implements Serializable {
  2. private String name = null;
  3. private Integer age = null;
  4. private Gender gender = null;
  5. public Person() {
  6. System.out.println("none-arg constructor");
  7. }
  8. public Person(String name, Integer age, Gender gender) {
  9. System.out.println("arg constructor");
  10. this.name = name;
  11. this.age = age;
  12. this.gender = gender;
  13. }
  14. public String getName() {
  15. return name;
  16. }
  17. public void setName(String name) {
  18. this.name = name;
  19. }
  20. public Integer getAge() {
  21. return age;
  22. }
  23. public void setAge(Integer age) {
  24. this.age = age;
  25. }
  26. public Gender getGender() {
  27. return gender;
  28. }
  29. public void setGender(Gender gender) {
  30. this.gender = gender;
  31. }
  32. @Override
  33. public String toString() {
  34. return "[" + name + ", " + age + ", " + gender + "]";
  35. }
  36. }

SimpleSerial,是一个简单的序列化程序,它先将一个Person对象保存到文件person.out中,然后再从该文件中读出被存储的Person对象,并打印该对象。

  1. public class SimpleSerial {
  2. public static void main(String[] args) throws Exception {
  3. File file = new File("person.out");
  4. ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
  5. Person person = new Person("John", 101, Gender.MALE);
  6. oout.writeObject(person);
  7. oout.close();
  8. ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
  9. Object newPerson = oin.readObject(); // 没有强制转换到Person类型
  10. oin.close();
  11. System.out.println(newPerson);
  12. }
  13. }

上述程序的输出的结果为:

  1. arg constructor
  2. [John, 31, MALE]

此时必须注意的是,当重新读取被保存的Person对象时,并没有调用Person的任何构造器,看起来就像是直接使用字节将Person对象还原出来的。
当Person对象被保存到person.out文件中之后,我们可以在其它地方去读取该文件以还原对象,但必须确保该读取程序的CLASSPATH中包含有Person.class(哪怕在读取Person对象时并没有显示地使用Person类,如上例所示),否则会抛出ClassNotFoundException。

Serializable的作用

为什么一个类实现了Serializable接口,它就可以被序列化呢?在上节的示例中,使用ObjectOutputStream来持久化对象,在该类中有如下代码:

  1. private void writeObject0(Object obj, boolean unshared) throws IOException {
  2. if (obj instanceof String) {
  3. writeString((String) obj, unshared);
  4. } else if (cl.isArray()) {
  5. writeArray(obj, desc, unshared);
  6. } else if (obj instanceof Enum) {
  7. writeEnum((Enum) obj, desc, unshared);
  8. } else if (obj instanceof Serializable) {
  9. writeOrdinaryObject(obj, desc, unshared);
  10. } else {
  11. if (extendedDebugInfo) {
  12. throw new NotSerializableException(cl.getName() + "\n"
  13. + debugInfoStack.toString());
  14. } else {
  15. throw new NotSerializableException(cl.getName());
  16. }
  17. }
  18. }

从上述代码可知,如果被写对象的类型是String,或数组,或Enum,或Serializable,那么就可以对该对象进行序列化,否则将抛出NotSerializableException。

默认序列化机制

如果仅仅只是让某个类实现Serializable接口,而没有其它任何处理的话,则就是使用默认序列化机制。使用默认机制,在序列化对象时,不仅会序列化当前对象本身,还会对该对象引用的其它对象也进行序列化,同样地,这些其它对象引用的另外对象也将被序列化,以此类推。所以,如果一个对象包含的成员变量是容器类对象,而这些容器所含有的元素也是容器类对象,那么这个序列化的过程就会较复杂,开销也较大。

影响序列化

在现实应用中,有些时候不能使用默认序列化机制。比如,希望在序列化过程中忽略掉敏感数据,或者简化序列化过程。下面将介绍若干影响序列化的方法。

transient关键字

当某个字段被声明为transient后,默认序列化机制就会忽略该字段。此处将Person类中的age字段声明为transient,如下所示,

  1. public class Person implements Serializable {
  2. transient private Integer age = null;
  3. }

再执行SimpleSerial应用程序,会有如下输出:

  1. arg constructor
  2. [John, null, MALE]

可见,age字段未被序列化。

writeObject()方法与readObject()方法

对于上述已被声明为transitive的字段age,除了将transitive关键字去掉之外,是否还有其它方法能使它再次可被序列化?方法之一就是在Person类中添加两个方法:writeObject()与readObject(),如下所示:

  1. public class Person implements Serializable {
  2. transient private Integer age = null;
  3. private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
  4. out.defaultWriteObject();
  5. out.writeInt(age);
  6. }
  7. private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
  8. in.defaultReadObject();
  9. age = in.readInt();
  10. }
  11. }

在writeObject()方法中会先调用ObjectOutputStream中的defaultWriteObject()方法,该方法会执行默认的序列化机制,如5.1节所述,此时会忽略掉age字段。然后再调用writeInt()方法显示地将age字段写入到ObjectOutputStream中。readObject()的作用则是针对对象的读取,其原理与writeObject()方法相同。

再次执行SimpleSerial应用程序,则又会有如下输出:

  1. arg constructor
  2. [John, 31, MALE]

必须注意地是,writeObject()与readObject()都是private方法,那么它们是如何被调用的呢?毫无疑问,是使用反射。详情可见ObjectOutputStream中的writeSerialData方法,以及ObjectInputStream中的readSerialData方法。

Externalizable接口

无论是使用transient关键字,还是使用writeObject()和readObject()方法,其实都是基于Serializable接口的序列化。JDK中提供了另一个序列化接口--Externalizable,使用该接口之后,之前基于Serializable接口的序列化机制就将失效。此时将Person类修改成如下,

  1. public class Person implements Externalizable {
  2. private String name = null;
  3. transient private Integer age = null;
  4. private Gender gender = null;
  5. public Person() {
  6. System.out.println("none-arg constructor");
  7. }
  8. public Person(String name, Integer age, Gender gender) {
  9. System.out.println("arg constructor");
  10. this.name = name;
  11. this.age = age;
  12. this.gender = gender;
  13. }
  14. private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
  15. out.defaultWriteObject();
  16. out.writeInt(age);
  17. }
  18. private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
  19. in.defaultReadObject();
  20. age = in.readInt();
  21. }
  22. @Override
  23. public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
  24. }
  25. @Override
  26. public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
  27. }
  28. }

此时再执行SimpleSerial程序之后会得到如下结果:

  1. arg constructor
  2. none-arg constructor
  3. [null, null, null]
  1. public class Person implements Externalizable {
  2. private String name = null;
  3. transient private Integer age = null;
  4. private Gender gender = null;
  5. public Person() {
  6. System.out.println("none-arg constructor");
  7. }
  8. public Person(String name, Integer age, Gender gender) {
  9. System.out.println("arg constructor");
  10. this.name = name;
  11. this.age = age;
  12. this.gender = gender;
  13. }
  14. private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
  15. out.defaultWriteObject();
  16. out.writeInt(age);
  17. }
  18. private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
  19. in.defaultReadObject();
  20. age = in.readInt();
  21. }
  22. @Override
  23. public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
  24. out.writeObject(name);
  25. out.writeInt(age);
  26. }
  27. @Override
  28. public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
  29. name = (String) in.readObject();
  30. age = in.readInt();
  31. }
  32. }

执行SimpleSerial之后会有如下结果:

  1. arg constructor
  2. none-arg constructor
  3. [John, 31, null]

readResolve()方法

当我们使用Singleton模式时,应该是期望某个类的实例应该是唯一的,但如果该类是可序列化的,那么情况可能会略有不同。此时对第2节使用的Person类进行修改,使其实现Singleton模式,如下所示:

  1. public class Person implements Serializable {
  2. private static class InstanceHolder {
  3. private static final Person instatnce = new Person("John", 31, Gender.MALE);
  4. }
  5. public static Person getInstance() {
  6. return InstanceHolder.instatnce;
  7. }
  8. private String name = null;
  9. private Integer age = null;
  10. private Gender gender = null;
  11. private Person() {
  12. System.out.println("none-arg constructor");
  13. }
  14. private Person(String name, Integer age, Gender gender) {
  15. System.out.println("arg constructor");
  16. this.name = name;
  17. this.age = age;
  18. this.gender = gender;
  19. }
  20. }

同时要修改SimpleSerial应用,使得能够保存/获取上述单例对象,并进行对象相等性比较,如下代码所示:

  1. public class SimpleSerial {
  2. public static void main(String[] args) throws Exception {
  3. File file = new File("person.out");
  4. ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
  5. oout.writeObject(Person.getInstance()); // 保存单例对象
  6. oout.close();
  7. ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
  8. Object newPerson = oin.readObject();
  9. oin.close();
  10. System.out.println(newPerson);
  11. System.out.println(Person.getInstance() == newPerson); // 将获取的对象与Person类中的单例对象进行相等性比较
  12. }
  13. }

执行上述应用程序后会得到如下结果:

  1. arg constructor
  2. [John, 31, MALE]
  3. false

值得注意的是,从文件person.out中获取的Person对象与Person类中的单例对象并不相等。为了能在序列化过程仍能保持单例的特性,可以在Person类中添加一个readResolve()方法,在该方法中直接返回Person的单例对象,如下所示:

  1. public class Person implements Serializable {
  2. private static class InstanceHolder {
  3. private static final Person instatnce = new Person("John", 31, Gender.MALE);
  4. }
  5. public static Person getInstance() {
  6. return InstanceHolder.instatnce;
  7. }
  8. private String name = null;
  9. private Integer age = null;
  10. private Gender gender = null;
  11. private Person() {
  12. System.out.println("none-arg constructor");
  13. }
  14. private Person(String name, Integer age, Gender gender) {
  15. System.out.println("arg constructor");
  16. this.name = name;
  17. this.age = age;
  18. this.gender = gender;
  19. }
  20. private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
  21. return InstanceHolder.instatnce;
  22. }
  23. }

再次执行本节的SimpleSerial应用后将有如下输出:

  1. arg constructor
  2. [John, 31, MALE]
  3. true

无论是实现Serializable接口,或是Externalizable接口,当从I/O流中读取对象时,readResolve()方法都会被调用到。实际上就是用readResolve()中返回的对象直接替换在反序列化过程中创建的对象,而被创建的对象则会被垃圾回收掉。

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