Java：序列化和反序列化

1.背景

某天，我在寫代碼定義 bean 的時候，順手寫了個 public class User implements Serializable，旁邊的小哥哥看到了問我：你為什么要實現 Serializable 接口？你哪里用到它了嗎？不實現這個接口可以嗎？

emmm，皺眉沉思一下，好像也可以？

好吧，那先來了解一下 Serializable 接口涉及到的相關概念。

2.序列化協議+序列化和反序列化

序列化是指：將數據結構或對象轉換成特定的格式，使其可以在網絡中傳輸，或可存儲在內存/文件中。

序列化后的數據必須是可保持或可傳輸的數據格式，例如：二進制串/字節流、XML、JSON等。

反序列化：是序列化的逆過程，將對象從序列化數據中還原出來。

自問自答

問：序列化的目的是什么？

答：方便的進行數據的交換和傳輸工作。

3.JDK類庫中的序列化API

Java本身提供了對數據/對象序列化的支持。

輸入輸出流
- ObjectOutputStream 對象輸出流，其 writeObject(Object obj) 方法可對參數指定的 obj 對象進行序列化，把得到的字節序列寫到一個目標輸出流中。
- ObjectInputStream 對象輸入流，其 readObject() 方法從一個源輸入流中讀取字節序列，再把它們反序列化為一個對象，并將其返回。
接口
- 只有實現了 Serializable 和 Externalizable 接口的類的對象才能被序列化。
- Externalizable 接口繼承自 Serializable 接口。
- 實現 Externalizable 接口的類完全由自身來控制序列化的行為；而僅實現 Serializable 接口的類可以采用默認的序列化方式。
對象序列化步驟：
- 創建一個對象輸出流。
- 通過對象輸出流的 writeObject() 方法寫對象。
對象反序列化步驟：
- 創建一個對象輸入流。
- 通過對象輸入流的 readObject() 方法讀取對象。

3.1 對象序列化到文件

// User.java
package com.ann.javas.javacores.serialization.demo1;

import java.io.Serializable;


public class User implements Serializable{

    private static String HH="我是靜態變量，我不會被序列化";
    private int userId;
    private String userName;
    private String address;

    public int getUserId() {
        return userId;
    }

    public void setUserId(int userId) {
        this.userId = userId;
    }

    public String getUserName() {
        return userName;
    }

    public void setUserName(String userName) {
        this.userName = userName;
    }

    public String getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }

    public static String getHH() {
        return HH;
    }

    public static void setHH(String HH) {
        User.HH = HH;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "userId=" + userId +
                ", userName='" + userName + '\'' +
                ", address='" + address + '\'' +
                '}';
    }
}

// Client.java
package com.ann.javas.javacores.serialization.demo1;

import java.io.*;

public class Client {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        toFile();
        fromFile();
    }


    // Object -> 文件
    public static void toFile() throws Exception {
        User user = new User();
        user.setUserId(1223);
        user.setUserName("令習習習");
        user.setAddress("北京");

        System.out.println("對象："+user.toString());
        System.out.println("對象中的靜態變量："+user.getHH());
        ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(new File("./out.txt")));
        oo.writeObject(user);
        System.out.println("序列化成功");
        oo.close();
    }

    // 文件 -> Object
    public static void fromFile() throws Exception{
        User tmp = new User();
        tmp.setHH("我是靜態變量，我的值是存在JVM靜態存儲區的，不是反序列化來的");
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("./out.txt")));
        System.out.println("反序列化成功");
        User user = (User) ois.readObject();
        System.out.println("對象："+user.toString());
        System.out.println("對象中的靜態變量："+user.getHH());
        ois.close();
    }
}

運行結果：

對象：User{userId=1223, userName='令習習習', address='北京'}
對象中的靜態變量：我是靜態變量，我不會被序列化
序列化成功
反序列化成功
對象：User{userId=1223, userName='令習習習', address='北京'}
對象中的靜態變量：我是靜態變量，我的值是存在JVM靜態存儲區的，不是反序列化來的

這是一個簡單的序列化和反序列化例子，創建一個 User 實例，將其全部數據序列化到文件；然后再從文件讀取數據反序列化為對象。
需要特別關注的是：對象序列化保存的是對象的"狀態"，即它的成員變量。因此，對象序列化不會關注類中的靜態變量。

3.2 隱藏指定字段

在某些場景下，你希望某些字段不要被序列化，此時可以使用 transient 關鍵字來進行排除。

transient 關鍵字只修飾變量，不修飾方法和類。
被 transient 關鍵字修飾的變量不再能被序列化，自然也不會被反序列化回來。

// User.java
package com.ann.javas.javacores.serialization.demo2;

import java.io.Serializable;


public class User implements Serializable{

    private int userId;
    private String userName;
    private transient String address;

    public int getUserId() {
        return userId;
    }

    public void setUserId(int userId) {
        this.userId = userId;
    }

    public String getUserName() {
        return userName;
    }

    public void setUserName(String userName) {
        this.userName = userName;
    }

    public String getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "userId=" + userId +
                ", userName='" + userName + '\'' +
                ", address='" + address + '\'' +
                '}';
    }
}


//Client.java
package com.ann.javas.javacores.serialization.demo2;

import java.io.*;

public class Client {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        toFile();
        fromFile();
    }


    // Object -> 文件
    public static void toFile() throws Exception {
        User user = new User();
        user.setUserId(1223);
        user.setUserName("令習習習");
        user.setAddress("北京");

        System.out.println("對象："+user.toString());
        ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(new File("./out.txt")));
        oo.writeObject(user);
        System.out.println("序列化成功");
        oo.close();
    }

    // 文件 -> Object
    public static void fromFile() throws Exception{
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("./out.txt")));
        System.out.println("反序列化成功");
        User user = (User) ois.readObject();
        System.out.println("對象："+user.toString());
        ois.close();
    }
}

運行結果：

對象：User{userId=1223, userName='令習習習', address='北京'}
序列化成功
反序列化成功
對象：User{userId=1223, userName='令習習習', address='null'}

這里使用 transient 修飾了 User 的 address 變量，因此address不會被序列化，也不會被反序列化。

自問自答

問：使用 transient 修飾的變量，就一定不會被序列化了嗎？

答：不一定，要取決于你的程序是怎么寫的。

3.3 Serializable 的 readObject 和 writeObject

// User.java
package com.ann.javas.javacores.serialization.demo3;

import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;


public class User implements Serializable{

    private int userId;
    private String userName;
    private transient String address;

    public int getUserId() {
        return userId;
    }

    public void setUserId(int userId) {
        this.userId = userId;
    }

    public String getUserName() {
        return userName;
    }

    public void setUserName(String userName) {
        this.userName = userName;
    }

    public String getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "userId=" + userId +
                ", userName='" + userName + '\'' +
                ", address='" + address + '\'' +
                '}';
    }

    private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
        out.defaultWriteObject();
        out.writeObject(address);
    }
    private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
        in.defaultReadObject();
        address = (String)in.readObject();
    }
}

// Client.java
package com.ann.javas.javacores.serialization.demo3;

import java.io.*;

public class Client {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        toFile();
        fromFile();
    }


    // Object -> 文件
    public static void toFile() throws Exception {
        User user = new User();
        user.setUserId(1223);
        user.setUserName("令習習習");
        user.setAddress("北京");

        System.out.println("對象："+user.toString());
        ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(new File("./out.txt")));
        oo.writeObject(user);
        System.out.println("序列化成功");
        oo.close();
    }

    // 文件 -> Object
    public static void fromFile() throws Exception{
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("./out.txt")));
        System.out.println("反序列化成功");
        User user = (User) ois.readObject();
        System.out.println("對象："+user.toString());
        ois.close();
    }
}

運行結果：

對象：User{userId=1223, userName='令習習習', address='北京'}
序列化成功
反序列化成功
對象：User{userId=1223, userName='令習習習', address='北京'}

在這個例子中，User 定義了兩個private方法：readObject() 和 writeObject() 。

在 writeObject() 方法中會先調用 ObjectOutputStream 中的 defaultWriteObject() 方法，該方法會執行默認的序列化機制，此時會忽略掉被 transient 修飾的address字段。然后再調用 writeObject() 方法顯示地將address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。

3.4 實現 Externalizable 接口

在Java中，對象的序列化可以通過實現兩種接口來實現：

若實現的是 Serializable 接口，則所有的序列化將會自動進行，如果你希望在此基礎之上加點自定義的內容，就可以像上面那樣加兩個方法就ok了。
若實現的是 Externalizable 接口，則沒有任何東西可以自動序列化，需要在
writeExternal() 方法中進行手工指定所要序列化的變量，以及如何序列化，這與是否被 transient 修飾無關（也就是說，當你不需要java自動為你序列化的時候，transient就失效了）；當然 readExternal() 也需要做相應的處理。

// User.java
package com.ann.javas.javacores.serialization.demo3;

import java.io.*;


public class User implements Externalizable{

    private int userId;
    private String userName;
    private transient String address;

    public int getUserId() {
        return userId;
    }

    public void setUserId(int userId) {
        this.userId = userId;
    }

    public String getUserName() {
        return userName;
    }

    public void setUserName(String userName) {
        this.userName = userName;
    }

    public String getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "userId=" + userId +
                ", userName='" + userName + '\'' +
                ", address='" + address + '\'' +
                '}';
    }

    @Override
    public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
        out.writeInt(userId + 122);
        out.writeObject(userName);
        out.writeObject(address);
        System.out.println("writeExternal：我沒有存原文哦");
        out.flush();
    }

    @Override
    public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
        userId = in.readInt();
        userName = (String)in.readObject();
        address = (String)in.readObject();
    }
}

// Client.java
package com.ann.javas.javacores.serialization.demo3;

import java.io.*;

public class Client {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        toFile();
        fromFile();
    }


    // Object -> 文件
    public static void toFile() throws Exception {
        User user = new User();
        user.setUserId(1223);
        user.setUserName("令習習習");
        user.setAddress("北京");

        System.out.println("對象："+user.toString());
        ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(new File("./out.txt")));
        oo.writeObject(user);
        System.out.println("序列化成功");
        oo.close();
    }

    // 文件 -> Object
    public static void fromFile() throws Exception{
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("./out.txt")));
        System.out.println("反序列化成功");
        User user = (User) ois.readObject();
        System.out.println("對象："+user.toString());
        ois.close();
    }
}

運行結果：

對象：User{userId=1223, userName='令習習習', address='北京'}
writeExternal：我沒有存原文哦
序列化成功
反序列化成功
對象：User{userId=1345, userName='令習習習', address='北京'}

這里有幾個關鍵單需要說明：

實現 Externalizable 接口，一定要自定義序列化方法，如果你把 writeExternal() 和 readExternal() 這里面的實現都丟掉，就會發現，java真的什么都不會做。
如上面所說，當實現了 Externalizable 接口的時候，transient 關鍵字不再生效。
反序列化時，實際上調用了 User 的無參構造函數，因此在自定義序列化方案的時候，請一定要記得提供一個 公共無參構造函數 ，不然就悲劇了。

4.關于 Serializable 和 Externalizable 的總結和附加說明

構造器：
- Serializable 序列化時不會調用默認的構造器；
- 而 Externalizable 序列化時會調用默認構造器。
功能
- 一個對象想要被序列化，那么它的類就要實現 Serializable 接口，這個對象的所有屬性（包括private屬性、包括其引用的對象）都可以被序列化和反序列化來保存、傳遞。
- Externalizable 是 Serializable 接口的子類，有時我們不希望序列化那么多，可以使用這個接口，這個接口的 writeExternal() 和 readExternal() 方法可以指定序列化哪些屬性。
關鍵字
- 由于 Externalizable 對象默認不保存對象的任何字段，所以 transient 關鍵字只能伴隨 Serializable 使用，雖然 Externalizable 對象中使用 transient 關鍵字也不報錯，但不起任何作用。
方法
- Serializable 接口的 writeObject() 和 readObject() 方法是可選實現，若沒有自定義，則使用默認的。
- Externalizable 接口的 writeExternal() 和 readExternal() 方法是必選實現，當然你可以在里面什么都不做。

自問自答

問： writeObject() 和 readObject() 都是private方法，它們是怎么被調用的呢？

答：很顯然，反射。詳情可見 ObjectOutputStream 中的 writeSerialData 方法，以及 ObjectInputStream 中的 readSerialData 方法。

最后編輯于：2021.06.26 20:47:24

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