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javalearner

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。(持续更新中，2012.02.13最后更新)

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


  
   
  public
   
  enum
   Gender {
     MALE, FEMALE
}
  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。


  
   
  public
   
  class
   Person
  implements
   Serializable {

     
  private
   String name
  =
   
  null
  ;

     
  private
   Integer age
  =
   
  null
  ;

     
  private
   Gender gender
  =
   
  null
  ;

     
  public
   Person() {
         System.out.println(
  "
  none-arg constructor
  "
  );
     }

     
  public
   Person(String name, Integer age, Gender gender) {
         System.out.println(
  "
  arg constructor
  "
  );
         
  this
  .name
  =
   name;
         
  this
  .age
  =
   age;
         
  this
  .gender
  =
   gender;
     }

     
  public
   String getName() {
         
  return
   name;
     }

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

     
  public
   Integer getAge() {
         
  return
   age;
     }

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

     
  public
   Gender getGender() {
         
  return
   gender;
     }

     
  public
   
  void
   setGender(Gender gender) {
         
  this
  .gender
  =
   gender;
     }

     @Override
     
  public
   String toString() {
         
  return
   
  "
  [
  "
   
  +
   name
  +
   
  "
  ,
  "
   
  +
   age
  +
   
  "
  ,
  "
   
  +
   gender
  +
   
  "
  ]
  "
  ;
     }
}
  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。


  
   
  public
   
  class
   SimpleSerial {

     
  public
   
  static
   
  void
   main(String[] args)
  throws
   Exception {
         File file
  =
   
  new
   File(
  "
  person.out
  "
  );

         ObjectOutputStream oout
  =
   
  new
   ObjectOutputStream(
  new
   FileOutputStream(file));
         Person person
  =
   
  new
   Person(
  "
  John
  "
  ,
  101
  , Gender.MALE);
         oout.writeObject(person);
         oout.close();

         ObjectInputStream oin
  =
   
  new
   ObjectInputStream(
  new
   FileInputStream(file));
         Object newPerson
  =
   oin.readObject();
  //
   没有强制转换到Person类型
  

          oin.close();
         System.out.println(newPerson);
     }
}
  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：


  
   
  private
   
  void
   writeObject0(Object obj,
  boolean
   unshared)
  throws
   IOException {
     
     
  if
   (obj
  instanceof
   String) {
         writeString((String) obj, unshared);
     }
  else
   
  if
   (cl.isArray()) {
         writeArray(obj, desc, unshared);
     }
  else
   
  if
   (obj
  instanceof
   Enum) {
         writeEnum((Enum) obj, desc, unshared);
     }
  else
   
  if
   (obj
  instanceof
   Serializable) {
         writeOrdinaryObject(obj, desc, unshared);
     }
  else
   {
         
  if
   (extendedDebugInfo) {
            
  throw
   
  new
   NotSerializableException(cl.getName()
  +
   
  "
  

  "
  
                     
  +
   debugInfoStack.toString());
         }
  else
   {
            
  throw
   
  new
   NotSerializableException(cl.getName());
         }
     }
     
}
  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，


  
   
  public
   
  class
   Person
  implements
   Serializable {
     
     
  transient
   
  private
   Integer age
  =
   
  null
  ;
     
}
  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：


  
   
  public
   
  class
   Person
  implements
   Serializable {
     
     
  transient
   
  private
   Integer age
  =
   
  null
  ;
     

     
  private
   
  void
   writeObject(ObjectOutputStream out)
  throws
   IOException {
         out.defaultWriteObject();
         out.writeInt(age);
     }

     
  private
   
  void
   readObject(ObjectInputStream in)
  throws
   IOException, ClassNotFoundException {
         in.defaultReadObject();
         age
  =
   in.readInt();
     }
}
  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。详情可以看看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类作如下修改，


  
   
  public
   
  class
   Person
  implements
   Externalizable {

     
  private
   String name
  =
   
  null
  ;

     
  transient
   
  private
   Integer age
  =
   
  null
  ;

     
  private
   Gender gender
  =
   
  null
  ;

     
  public
   Person() {
         System.out.println(
  "
  none-arg constructor
  "
  );
     }

     
  public
   Person(String name, Integer age, Gender gender) {
         System.out.println(
  "
  arg constructor
  "
  );
         
  this
  .name
  =
   name;
         
  this
  .age
  =
   age;
         
  this
  .gender
  =
   gender;
     }

     
  private
   
  void
   writeObject(ObjectOutputStream out)
  throws
   IOException {
         out.defaultWriteObject();
         out.writeInt(age);
     }

     
  private
   
  void
   readObject(ObjectInputStream in)
  throws
   IOException, ClassNotFoundException {
         in.defaultReadObject();
         age
  =
   in.readInt();
     }

     @Override
     
  public
   
  void
   writeExternal(ObjectOutput out)
  throws
   IOException {

     }

     @Override
     
  public
   
  void
   readExternal(ObjectInput in)
  throws
   IOException, ClassNotFoundException {

     }
     
}
  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，使用Externalizable进行序列化时，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类进行进一步的修改，使其能够对name与age字段进行序列化，但忽略掉gender字段，如下代码所示：


  
   
  public
   
  class
   Person
  implements
   Externalizable {

     
  private
   String name
  =
   
  null
  ;

     
  transient
   
  private
   Integer age
  =
   
  null
  ;

     
  private
   Gender gender
  =
   
  null
  ;

     
  public
   Person() {
         System.out.println(
  "
  none-arg constructor
  "
  );
     }

     
  public
   Person(String name, Integer age, Gender gender) {
         System.out.println(
  "
  arg constructor
  "
  );
         
  this
  .name
  =
   name;
         
  this
  .age
  =
   age;
         
  this
  .gender
  =
   gender;
     }

     
  private
   
  void
   writeObject(ObjectOutputStream out)
  throws
   IOException {
         out.defaultWriteObject();
         out.writeInt(age);
     }

     
  private
   
  void
   readObject(ObjectInputStream in)
  throws
   IOException, ClassNotFoundException {
         in.defaultReadObject();
         age
  =
   in.readInt();
     }

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

     @Override
     
  public
   
  void
   readExternal(ObjectInput in)
  throws
   IOException, ClassNotFoundException {
         name
  =
   (String) in.readObject();
         age
  =
   in.readInt();
     }
     
}
  执行SimpleSerial之后会有如下结果：


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

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：


  
   
  public
   
  class
   Person
  implements
   Serializable {

     
  private
   
  static
   
  class
   InstanceHolder {
         
  private
   
  static
   
  final
   Person instatnce
  =
   
  new
   Person(
  "
  John
  "
  ,
  31
  , Gender.MALE);
     }

     
  public
   
  static
   Person getInstance() {
         
  return
   InstanceHolder.instatnce;
     }

     
  private
   String name
  =
   
  null
  ;

     
  private
   Integer age
  =
   
  null
  ;

     
  private
   Gender gender
  =
   
  null
  ;

     
  private
   Person() {
         System.out.println(
  "
  none-arg constructor
  "
  );
     }

     
  private
   Person(String name, Integer age, Gender gender) {
         System.out.println(
  "
  arg constructor
  "
  );
         
  this
  .name
  =
   name;
         
  this
  .age
  =
   age;
         
  this
  .gender
  =
   gender;
     }
     
}
  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：


  
   
  public
   
  class
   SimpleSerial {

     
  public
   
  static
   
  void
   main(String[] args)
  throws
   Exception {
         File file
  =
   
  new
   File(
  "
  person.out
  "
  );
         ObjectOutputStream oout
  =
   
  new
   ObjectOutputStream(
  new
   FileOutputStream(file));
         oout.writeObject(Person.getInstance());
  //
   保存单例对象
  

          oout.close();

         ObjectInputStream oin
  =
   
  new
   ObjectInputStream(
  new
   FileInputStream(file));
         Object newPerson
  =
   oin.readObject();
         oin.close();
         System.out.println(newPerson);

         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
  

      }
}
  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：


  
   
  public
   
  class
   Person
  implements
   Serializable {

     
  private
   
  static
   
  class
   InstanceHolder {
         
  private
   
  static
   
  final
   Person instatnce
  =
   
  new
   Person(
  "
  John
  "
  ,
  31
  , Gender.MALE);
     }

     
  public
   
  static
   Person getInstance() {
         
  return
   InstanceHolder.instatnce;
     }

     
  private
   String name
  =
   
  null
  ;

     
  private
   Integer age
  =
   
  null
  ;

     
  private
   Gender gender
  =
   
  null
  ;

     
  private
   Person() {
         System.out.println(
  "
  none-arg constructor
  "
  );
     }

     
  private
   Person(String name, Integer age, Gender gender) {
         System.out.println(
  "
  arg constructor
  "
  );
         
  this
  .name
  =
   name;
         
  this
  .age
  =
   age;
         
  this
  .gender
  =
   gender;
     }

     
  private
   Object readResolve()
  throws
   ObjectStreamException {
         
  return
   InstanceHolder.instatnce;
     }
     
}
  再次执行本节的SimpleSerial应用后将如下输出：


  
   
   
   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。




  
  
   
   

     
   

     
   
  

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