理解Java对象序列化【转】

理解Java对象序列化

原文链接:http://www.blogjava.net/jiangshachina/archive/2012/02/13/369898.html

 

  关于Java序列化的文章早已是汗牛充栋了,本文是对我个人过往学习,理解及应用Java序列化的一个总结。此文内容涉及Java序列化的基本原理,以及多种方法对序列化形式进行定制。在撰写本文时,既参考了Thinking in Java, Effective Java,JavaWorld,developerWorks中的相关文章和其它网络资料,也加入了自己的实践经验与理解,文、码并茂,希望对大家有所帮助。

1. 什么是Java对象序列化
    Java平台允许我们在内存中创建可复用的Java对象,但一般情况下,只有当JVM处于运行时,这些对象才可能存在,即,这些对象的生命周期不会比JVM的生命周期更长。但在现实应用中,就可能要求在JVM停止运行之后能够保存(持久化)指定的对象,并在将来重新读取被保存的对象。Java对象序列化就能够帮助我们实现该功能。
    使用Java对象序列化,在保存对象时,会把其状态保存为一组字节,在未来,再将这些字节组装成对象。必须注意地是,对象序列化保存的是对象的”状态”,即它的成员变量。由此可知,对象序列化不会关注类中的静态变量。
    除了在持久化对象时会用到对象序列化之外,当使用RMI(远程方法调用),或在网络中传递对象时,都会用到对象序列化。Java序列化API为处理对象序列化提供了一个标准机制,该API简单易用,在本文的后续章节中将会陆续讲到。

2. 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

1 public enum Gender {
2     MALE, FEMALE
3 }

   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。

      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 
 3     private String name = null;
 4 
 5     private Integer age = null;
 6 
 7     private Gender gender = null;
 8 
 9     public Person() {
10         System.out.println("none-arg constructor");
11     }
12 
13     public Person(String name, Integer age, Gender gender) {
14         System.out.println("arg constructor");
15         this.name = name;
16         this.age = age;
17         this.gender = gender;
18     }
19 
20     public String getName() {
21         return name;
22     }
23 
24     public void setName(String name) {
25         this.name = name;
26     }
27 
28     public Integer getAge() {
29         return age;
30     }
31 
32     public void setAge(Integer age) {
33         this.age = age;
34     }
35 
36     public Gender getGender() {
37         return gender;
38     }
39 
40     public void setGender(Gender gender) {
41         this.gender = gender;
42     }
43 
44     @Override
45     public String toString() {
46         return "[" + name + ", " + age + ", " + gender + "]";
47     }
48 }

 

    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 
 3     public static void main(String[] args) throws Exception {
 4         File file = new File("person.out");
 5 
 6         ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
 7         Person person = new Person("John", 101, Gender.MALE);
 8         oout.writeObject(person);
 9         oout.close();
10 
11         ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
12         Object newPerson = oin.readObject(); // 没有强制转换到Person类型
13         oin.close();
14         System.out.println(newPerson);
15     }
16 }

 上述程序的输出的结果为:

arg constructor
[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。

3. 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     
 3     if (obj instanceof String) {
 4         writeString((String) obj, unshared);
 5     } else if (cl.isArray()) {
 6         writeArray(obj, desc, unshared);
 7     } else if (obj instanceof Enum) {
 8         writeEnum((Enum) obj, desc, unshared);
 9     } else if (obj instanceof Serializable) {
10         writeOrdinaryObject(obj, desc, unshared);
11     } else {
12         if (extendedDebugInfo) {
13             throw new NotSerializableException(cl.getName() + "n"
14                     + debugInfoStack.toString());
15         } else {
16             throw new NotSerializableException(cl.getName());
17         }
18     }
19     
20 }

 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。

4. 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。

5. 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。

5.1 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     
3     transient private Integer age = null;
4     
5 }

  再执行SimpleSerial应用程序,会有如下输出:

arg constructor
[John, null, MALE]

  可见,age字段未被序列化。


5.2 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     
 3     transient private Integer age = null;
 4     
 5 
 6     private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
 7         out.defaultWriteObject();
 8         out.writeInt(age);
 9     }
10 
11     private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
12         in.defaultReadObject();
13         age = in.readInt();
14     }
15 }

  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:

arg constructor
[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。

5.3 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 
 3     private String name = null;
 4 
 5     transient private Integer age = null;
 6 
 7     private Gender gender = null;
 8 
 9     public Person() {
10         System.out.println("none-arg constructor");
11     }
12 
13     public Person(String name, Integer age, Gender gender) {
14         System.out.println("arg constructor");
15         this.name = name;
16         this.age = age;
17         this.gender = gender;
18     }
19 
20     private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
21         out.defaultWriteObject();
22         out.writeInt(age);
23     }
24 
25     private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
26         in.defaultReadObject();
27         age = in.readInt();
28     }
29 
30     @Override
31     public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
32 
33     }
34 
35     @Override
36     public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
37 
38     }
39     
40 }

   此时再执行SimpleSerial程序之后会得到如下结果:

arg constructor
none-arg constructor
[null, null, null]

  从该结果,一方面可以看出Person对象中任何一个字段都没有被序列化。另一方面,如果细心的话,还可以发现这此次序列化过程调用了Person类的无参构造器。

     Externalizable继承于Serializable,当使用该接口时,序列化的细节需要由程序员去完成。如上所示的代码,由于writeExternal()与readExternal()方法未作任何处理,那么该序列化行为将不会保存/读取任何一个字段。这也就是为什么输出结果中所有字段的值均为空。

    另外,若使用Externalizable进行序列化,当读取对象时,会调用被序列化类的无参构造器去创建一个新的对象,然后再将被保存对象的字段的值分别填充到新对象中。这就是为什么在此次序列化过程中Person类的无参构造器会被调用。由于这个原因,实现Externalizable接口的类必须要提供一个无参的构造器,且它的访问权限为public。
    对上述Person类作进一步的修改,使其能够对name与age字段进行序列化,但要忽略掉gender字段,如下代码所示:

 1 public class Person implements Externalizable {
 2 
 3     private String name = null;
 4 
 5     transient private Integer age = null;
 6 
 7     private Gender gender = null;
 8 
 9     public Person() {
10         System.out.println("none-arg constructor");
11     }
12 
13     public Person(String name, Integer age, Gender gender) {
14         System.out.println("arg constructor");
15         this.name = name;
16         this.age = age;
17         this.gender = gender;
18     }
19 
20     private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
21         out.defaultWriteObject();
22         out.writeInt(age);
23     }
24 
25     private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
26         in.defaultReadObject();
27         age = in.readInt();
28     }
29 
30     @Override
31     public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
32         out.writeObject(name);
33         out.writeInt(age);
34     }
35 
36     @Override
37     public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
38         name = (String) in.readObject();
39         age = in.readInt();
40     }
41     
42 }

 执行SimpleSerial之后会有如下结果:

arg constructor
none-arg constructor
[John, 31, null]

  注意: 不论是在使用writeObject()与readObject()方法还是在使用Externalizable 接口中的writeExternal()与readExternal()方法 来进行自定义序列化,都需要注意读取(read…)方法的顺序一定要与写入(write…)方法的顺序保持一致,否则将会出现读取错误。

 

5.4 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 
 3     private static class InstanceHolder {
 4         private static final Person instatnce = new Person("John", 31, Gender.MALE);
 5     }
 6 
 7     public static Person getInstance() {
 8         return InstanceHolder.instatnce;
 9     }
10 
11     private String name = null;
12 
13     private Integer age = null;
14 
15     private Gender gender = null;
16 
17     private Person() {
18         System.out.println("none-arg constructor");
19     }
20 
21     private Person(String name, Integer age, Gender gender) {
22         System.out.println("arg constructor");
23         this.name = name;
24         this.age = age;
25         this.gender = gender;
26     }
27     
28 }

 

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 
 3     public static void main(String[] args) throws Exception {
 4         File file = new File("person.out");
 5         ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
 6         oout.writeObject(Person.getInstance()); // 保存单例对象
 7         oout.close();
 8 
 9         ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
10         Object newPerson = oin.readObject();
11         oin.close();
12         System.out.println(newPerson);
13 
14         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
15     }
16 }

 执行上述应用程序后会得到如下结果:

arg constructor
[John, 31, MALE]
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 
 3     private static class InstanceHolder {
 4         private static final Person instatnce = new Person("John", 31, Gender.MALE);
 5     }
 6 
 7     public static Person getInstance() {
 8         return InstanceHolder.instatnce;
 9     }
10 
11     private String name = null;
12 
13     private Integer age = null;
14 
15     private Gender gender = null;
16 
17     private Person() {
18         System.out.println("none-arg constructor");
19     }
20 
21     private Person(String name, Integer age, Gender gender) {
22         System.out.println("arg constructor");
23         this.name = name;
24         this.age = age;
25         this.gender = gender;
26     }
27 
28     private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
29         return InstanceHolder.instatnce;
30     }
31     
32 }

 再次执行本节的SimpleSerial应用后将有如下输出:

arg constructor
[John, 31, MALE]
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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