深入了解Java對象序列化

1. 什麼是Java對象序列化

Java平台允許我們在記憶體中建立可複用的Java對象，但一般情況下，隻有當JVM處于運作時，這些對象才可能存在，即，這些對象的生命周期不會比JVM的生命周期更長。但在現實應用中，就可能要求在JVM停止運作之後能夠儲存(持久化)指定的對象，并在将來重新讀取被儲存的對象。Java對象序列化就能夠幫助我們實作該功能。

使用Java對象序列化，在儲存對象時，會把其狀态儲存為一組位元組，在未來，再将這些位元組組裝成對象。必須注意地是，對象序列化儲存的是對象的"狀态"，即它的成員變量。由此可知，對象序列化不會關注類中的靜态變量。

除了在持久化對象時會用到對象序列化之外，當使用RMI(遠端方法調用)，或在網絡中傳遞對象時，都會用到對象序列化。Java序列化API為處理對象序列化提供了一個标準機制，該API簡單易用，在本文的後續章節中将會陸續講到。

2. 簡單示例

在Java中，隻要一個類實作了java.io.Serializable接口，那麼它就可以被序列化。此處将建立一個可序列化的類Person，本文中的所有示例将圍繞着該類或其修改版。

Gender類，是一個枚舉類型，表示性别

<code>public</code> <code>enum</code> <code>Gender { </code>

<code> </code><code>MALE, FEMALE </code>

如果熟悉Java枚舉類型的話，應該知道每個枚舉類型都會預設繼承類java.lang.Enum，而該類實作了Serializable接口，是以枚舉類型對象都是預設可以被序列化的。

Person類，實作了Serializable接口，它包含三個字段：name，String類型；age，Integer類型；gender，Gender類型。另外，還重寫該類的toString()方法，以友善列印Person執行個體中的内容。

<code>public</code> <code>class</code> <code>Person </code><code>implements</code> <code>Serializable { </code>

<code> </code><code>private</code> <code>String name = </code><code>null</code><code>; </code>

<code> </code><code>private</code> <code>Integer age = </code><code>null</code><code>; </code>

<code> </code><code>private</code> <code>Gender gender = </code><code>null</code><code>; </code>

<code> </code><code>public</code> <code>Person() { </code>

<code> </code><code>System.out.println(</code><code>"none-arg constructor"</code><code>);</code>

<code> </code><code>public</code> <code>Person(String name, Integer age, Gender gender) {</code>

<code> </code><code>System.out.println(</code><code>"arg constructor"</code><code>);</code>

<code> </code><code>this</code><code>.gender = gender;</code>

<code> </code><code>public</code> <code>String getName() { </code>

<code> </code><code>return</code> <code>name; </code>

<code> </code><code>public</code> <code>void</code> <code>setName(String name) { </code>

<code> </code><code>public</code> <code>Integer getAge() { </code>

<code> </code><code>return</code> <code>age; </code>

<code> </code><code>public</code> <code>void</code> <code>setAge(Integer age) { </code>

<code> </code><code>public</code> <code>Gender getGender() { </code>

<code> </code><code>return</code> <code>gender; </code>

<code> </code><code>public</code> <code>void</code> <code>setGender(Gender gender) { </code>

<code> </code><code>this</code><code>.gender = gender; </code>

<code> </code><code>@Override</code>

<code> </code><code>public</code> <code>String toString() { </code>

<code> </code><code>return</code> <code>"["</code> <code>+ name + </code><code>", "</code> <code>+ age + </code><code>", "</code> <code>+ gender + </code><code>"]"</code><code>; </code>

SimpleSerial，是一個簡單的序列化程式，它先将一個Person對象儲存到檔案person.out中，然後再從該檔案中讀出被存儲的Person對象，并列印該對象。

<code>public</code> <code>class</code> <code>SimpleSerial { </code>

<code> </code><code>public</code> <code>static</code> <code>void</code> <code>main(String[] args) </code><code>throws</code> <code>Exception { </code>

<code> </code><code>File file = </code><code>new</code> <code>File(</code><code>"person.out"</code><code>); </code>

<code> </code><code>ObjectOutputStream oout = </code><code>new</code> <code>ObjectOutputStream(</code><code>new</code> <code>FileOutputStream(file));</code>

<code> </code><code>Person person = </code><code>new</code> <code>Person(</code><code>"John"</code><code>, </code><code>101</code><code>, Gender.MALE); </code>

<code> </code><code>oout.writeObject(person); </code>

<code> </code><code>oout.close(); </code>

<code> </code><code>ObjectInputStream oin = </code><code>new</code> <code>ObjectInputStream(</code><code>new</code> <code>FileInputStream(file));</code>

<code> </code><code>Object newPerson = oin.readObject(); </code><code>// 沒有強制轉換到Person類型 </code>

<code> </code><code>oin.close(); </code>

<code> </code><code>System.out.println(newPerson); </code>

上述程式的輸出的結果為：

此時必須注意的是，當重新讀取被儲存的Person對象時，并沒有調用Person的任何構造器，看起來就像是直接使用位元組将Person對象還原出來的。

當Person對象被儲存到person.out檔案中之後，我們可以在其它地方去讀取該檔案以還原對象，但必須確定該讀取程式的CLASSPATH中包含有Person.class(哪怕在讀取Person對象時并沒有顯示地使用Person類，如上例所示)，否則會抛出ClassNotFoundException。

3. Serializable的作用

為什麼一個類實作了Serializable接口，它就可以被序列化呢？在上節的示例中，使用ObjectOutputStream來持久化對象，在該類中有如下代碼：

<code>private</code> <code>void</code> <code>writeObject0(Object obj, </code><code>boolean</code> <code>unshared) </code><code>throws</code> <code>IOException { </code>

<code> </code><code>if</code> <code>(obj </code><code>instanceof</code> <code>String) { </code>

<code> </code><code>writeString((String) obj, unshared); </code>

<code> </code><code>} </code><code>else</code> <code>if</code> <code>(cl.isArray()) { </code>

<code> </code><code>writeArray(obj, desc, unshared); </code>

<code> </code><code>} </code><code>else</code> <code>if</code> <code>(obj </code><code>instanceof</code> <code>Enum) { </code>

<code> </code><code>writeEnum((Enum) obj, desc, unshared); </code>

<code> </code><code>} </code><code>else</code> <code>if</code> <code>(obj </code><code>instanceof</code> <code>Serializable) { </code>

<code> </code><code>writeOrdinaryObject(obj, desc, unshared); </code>

<code> </code><code>if</code> <code>(extendedDebugInfo) { </code>

<code> </code><code>throw</code> <code>new</code> <code>NotSerializableException(cl.getName() + </code><code>"\n"</code> <code>+ debugInfoStack.toString()); </code>

<code> </code><code>throw</code> <code>new</code> <code>NotSerializableException(cl.getName()); </code>

從上述代碼可知，如果被寫對象的類型是String，或數組，或Enum，或Serializable，那麼就可以對該對象進行序列化，否則将抛出NotSerializableException。

4. 預設序列化機制

如果僅僅隻是讓某個類實作Serializable接口，而沒有其它任何處理的話，則就是使用預設序列化機制。使用預設機制，在序列化對象時，不僅會序列化目前對象本身，還會對該對象引用的其它對象也進行序列化，同樣地，這些其它對象引用的另外對象也将被序列化，以此類推。是以，如果一個對象包含的成員變量是容器類對象，而這些容器所含有的元素也是容器類對象，那麼這個序列化的過程就會較複雜，開銷也較大。

5. 影響序列化

在現實應用中，有些時候不能使用預設序列化機制。比如，希望在序列化過程中忽略掉敏感資料，或者簡化序列化過程。下面将介紹若幹影響序列化的方法。

5.1 transient關鍵字

當某個字段被聲明為transient後，預設序列化機制就會忽略該字段。此處将Person類中的age字段聲明為transient，如下所示，

<code> </code><code>public</code> <code>class</code> <code>Person </code><code>implements</code> <code>Serializable { </code>

<code> </code><code>transient</code> <code>private</code> <code>Integer age = </code><code>null</code><code>; </code>

再執行SimpleSerial應用程式，會有如下輸出：

可見，age字段未被序列化。

5.2 writeObject()方法與readObject()方法

對于上述已被聲明為transitive的字段age，除了将transitive關鍵字去掉之外，是否還有其它方法能使它再次可被序列化？方法之一就是在Person類中添加兩個方法：writeObject()與readObject()，如下所示：

<code>public</code> <code>class</code> <code>Person </code><code>implements</code> <code>Serializable { </code>

<code> </code><code>transient</code> <code>private</code> <code>Integer age = </code><code>null</code><code>; </code>

<code> </code><code>private</code> <code>void</code> <code>writeObject(ObjectOutputStream out) </code><code>throws</code> <code>IOException { </code>

<code> </code><code>out.defaultWriteObject(); </code>

<code> </code><code>out.writeInt(age);</code>

<code> </code><code>private</code> <code>void</code> <code>readObject(ObjectInputStream in) </code><code>throws</code> <code>IOException, ClassNotFoundException { </code>

<code> </code><code>in.defaultReadObject(); </code>

<code> </code><code>age = in.readInt(); </code>

在writeObject()方法中會先調用ObjectOutputStream中的defaultWriteObject()方法，該方法會執行預設的序列化機制，如5.1節所述，此時會忽略掉age字段。然後再調用writeInt()方法顯示地将age字段寫入到ObjectOutputStream中。readObject()的作用則是針對對象的讀取，其原理與writeObject()方法相同。再次執行SimpleSerial應用程式，則又會有如下輸出：

必須注意地是，writeObject()與readObject()都是private方法，那麼它們是如何被調用的呢？毫無疑問，是使用反射。詳情可以看看ObjectOutputStream中的writeSerialData方法，以及ObjectInputStream中的readSerialData方法。

5.3 Externalizable接口

無論是使用transient關鍵字，還是使用writeObject()和readObject()方法，其實都是基于Serializable接口的序列化。JDK中提供了另一個序列化接口--Externalizable，使用該接口之後，之前基于Serializable接口的序列化機制就将失效。此時将Person類作如下修改，

<code>public</code> <code>class</code> <code>Person </code><code>implements</code> <code>Externalizable { </code>

<code> </code><code>transient</code> <code>private</code> <code>Integer age = </code><code>null</code><code>; </code>

<code> </code><code>System.out.println(</code><code>"none-arg constructor"</code><code>); </code>

<code> </code><code>public</code> <code>Person(String name, Integer age, Gender gender) { </code>

<code> </code><code>System.out.println(</code><code>"arg constructor"</code><code>); </code>

<code> </code><code>this</code><code>.gender = gender; </code>

<code> </code><code>out.writeInt(age); </code>

<code> </code><code>@Override</code>

<code> </code><code>public</code> <code>void</code> <code>writeExternal(ObjectOutput out) </code><code>throws</code> <code>IOException {</code>

<code> </code><code>public</code> <code>void</code> <code>readExternal(ObjectInput in) </code><code>throws</code> <code>IOException, ClassNotFoundException { </code>

此時再執行SimpleSerial程式之後會得到如下結果：

從該結果，一方面，可以看出Person對象中任何一個字段都沒有被序列化。另一方面，如果細心的話，還可以發現這此次序列化過程調用了Person類的無參構造器。

Externalizable繼承于Serializable，當使用該接口時，序列化的細節需要由程式員去完成。如上所示的代碼，由于writeExternal()與readExternal()方法未作任何處理，那麼該序列化行為将不會儲存/讀取任何一個字段。這也就是為什麼輸出結果中所有字段的值均為空。

另外，使用Externalizable進行序列化時，當讀取對象時，會調用被序列化類的無參構造器去建立一個新的對象，然後再将被儲存對象的字段的值分别填充到新對象中。這就是為什麼在此次序列化過程中Person類的無參構造器會被調用。由于這個原因，實作Externalizable接口的類必須要提供一個無參的構造器，且它的通路權限為public。

對上述Person類進行進一步的修改，使其能夠對name與age字段進行序列化，但忽略掉gender字段，如下代碼所示：

<code> </code><code>System.out.println(</code><code>"none-arg constructor"</code><code>); </code>

<code> </code><code>System.out.println(</code><code>"arg constructor"</code><code>); </code>

<code> </code><code>this</code><code>.gender = gender; </code>

<code> </code><code>private</code> <code>void</code> <code>writeObject(ObjectOutputStream out) </code><code>throws</code> <code>IOException { </code>

<code> </code><code>out.defaultWriteObject(); </code>

<code> </code><code>out.writeInt(age); </code>

<code> </code><code>in.defaultReadObject(); </code>

<code> </code><code>age = in.readInt(); </code>

<code> </code><code>public</code> <code>void</code> <code>writeExternal(ObjectOutput out) </code><code>throws</code> <code>IOException { </code>

<code> </code><code>out.writeObject(name); </code>

<code> </code><code>public</code> <code>void</code> <code>readExternal(ObjectInput in) </code><code>throws</code> <code>IOException, ClassNotFoundException { </code>

<code> </code><code>name = (String) in.readObject(); </code>

執行SimpleSerial之後會有如下結果：

5.4 readResolve()方法

當我們使用Singleton模式時，應該是期望某個類的執行個體應該是唯一的，但如果該類是可序列化的，那麼情況可能略有不同。此時對第2節使用的Person類進行修改，使其實作Singleton模式，如下所示：

<code> </code><code>private</code> <code>static</code> <code>class</code> <code>InstanceHolder { </code>

<code> </code><code>private</code> <code>static</code> <code>final</code> <code>Person instatnce = </code><code>new</code> <code>Person(</code><code>"John"</code><code>, </code><code>31</code><code>, Gender.MALE); } </code>

<code> </code><code>public</code> <code>static</code> <code>Person getInstance() { </code>

<code> </code><code>return</code> <code>InstanceHolder.instatnce; </code>

<code> </code><code>private</code> <code>Person() { </code>

<code> </code><code>private</code> <code>Person(String name, Integer age, Gender gender) { </code>

同時要修改SimpleSerial應用，使得能夠儲存/擷取上述單例對象，并進行對象相等性比較，如下代碼所示：

<code> </code><code>public</code> <code>static</code> <code>void</code> <code>main(String[] args) </code><code>throws</code> <code>Exception { </code>

<code> </code><code>File file = </code><code>new</code> <code>File(</code><code>"person.out"</code><code>); </code>

<code> </code><code>ObjectOutputStream oout = </code><code>new</code> <code>ObjectOutputStream(</code><code>new</code> <code>FileOutputStream(file)); </code>

<code> </code><code>oout.writeObject(Person.getInstance()); </code><code>// 儲存單例對象 </code>

<code> </code><code>oout.close(); </code>

<code> </code><code>ObjectInputStream oin = </code><code>new</code> <code>ObjectInputStream(</code><code>new</code> <code>FileInputStream(file));</code>

<code> </code><code>Object newPerson = oin.readObject(); </code>

<code> </code><code>oin.close(); </code>

<code> </code><code>System.out.println(newPerson); </code>

<code> </code><code>System.out.println(Person.getInstance() == newPerson); </code><code>// 将擷取的對象與Person類中的單例對象進行相等性比較 </code>

執行上述應用程式後會得到如下結果：

值得注意的是，從檔案person.out中擷取的Person對象與Person類中的單例對象并不相等。為了能在序列化過程仍能保持單例的特性，可以在Person類中添加一個readResolve()方法，在該方法中直接傳回Person的單例對象，如下所示：

<code> </code><code>private</code> <code>Object readResolve() </code><code>throws</code> <code>ObjectStreamException { </code>

<code> </code><code>return</code> <code>InstanceHolder.instatnce;</code>

再次執行本節的SimpleSerial應用後将如下輸出：

無論是實作Serializable接口，或是Externalizable接口，當從I/O流中讀取對象時，readResolve()方法都會被調用到。實際上就是用readResolve()中傳回的對象直接替換在反序列化過程中建立的對象。

本文轉自 ponpon_ 51CTO部落格，原文連結：http://blog.51cto.com/liuxp0827/1435181，如需轉載請自行聯系原作者

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