Java中对象序列化与反序列化

1. 概念

把对象转换为字节序列的过程称为对象的序列化。
把字节序列恢复为对象的过程称为对象的反序列化。
对象的序列化主要有两种用途：

把对象的字节序列永久地保存到硬盘上，通常存放在一个文件中；
在网络上传送对象的字节序列。

　　在很多应用中，需要对某些对象进行序列化，让它们离开内存空间，入住物理硬盘，以便长期保存。比如最常见的是Web服务器中的Session对象，当有10万用户并发访问，就有可能出现10万个Session对象，内存可能吃不消，于是Web容器就会把一些seesion先序列化到硬盘中，等要用了，再把保存在硬盘中的对象还原到内存中。

　　当两个进程在进行远程通信时，彼此可以发送各种类型的数据。无论是何种类型的数据，都会以二进制序列的形式在网络上传送。发送方需要把这个Java对象转换为字节序列，才能在网络上传送；接收方则需要把字节序列再恢复为Java对象。

2. JDK类库中的序列化API

java.io.ObjectOutputStream代表对象输出流，它的writeObject(Object obj)方法可对参数指定的obj对象进行序列化，把得到的字节序列写到一个目标输出流中。
　　java.io.ObjectInputStream代表对象输入流，它的readObject()方法从一个源输入流中读取字节序列，再把它们反序列化为一个对象，并将其返回。
　　只有实现了Serializable和Externalizable接口的类的对象才能被序列化。Externalizable接口继承自 Serializable接口，实现Externalizable接口的类完全由自身来控制序列化的行为，而仅实现Serializable接口的类可以采用默认的序列化方式。
对象序列化包括如下步骤：

创建一个对象输出流，它可以包装一个其他类型的目标输出流，如文件输出流；
通过对象输出流的writeObject()方法写对象。

对象反序列化的步骤如下：

创建一个对象输入流，它可以包装一个其他类型的源输入流，如文件输入流；
通过对象输入流的readObject()方法读取对象。

2.1 对象序列化和反序列范例：

定义一个Person类，实现Serializable接口

import java.io.Serializable;

public class Person implements Serializable {

    /**
     * 序列化ID
     */
    private static final long serialVersionUID = -5809782578272943999L;
    private int age;
    private String name;
    private String sex;

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public String getSex() {
        return sex;
    }

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

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

    public void setSex(String sex) {
        this.sex = sex;
    }
}

序列化和反序列化Person类对象

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.text.MessageFormat;

public class TestObjSerializeAndDeserialize {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SerializePerson();//序列化Person对象
        Person p = DeserializePerson();//反序列Perons对象
        System.out.println(MessageFormat.format("name={0},age={1},sex={2}",
                                                 p.getName(), p.getAge(), p.getSex()));
    }
    
    /**
     * Description: 序列化Person对象
     * @throws FileNotFoundException
     * @throws IOException
     */
    private static void SerializePerson() throws FileNotFoundException,
            IOException {
        Person person = new Person();
        person.setName("hosee");
        person.setAge(2);
        person.setSex("男");
        // ObjectOutputStream 对象输出流，将Person对象存储到E盘的Person.txt文件中，完成对Person对象的序列化操作
        ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(
                new File("E:/Person.txt")));
        oo.writeObject(person);
        System.out.println("Person对象序列化成功！");
        oo.close();
    }

    /**
     * Description: 反序列Perons对象
     * @return
     * @throws Exception
     * @throws IOException
     */
    private static Person DeserializePerson() throws Exception, IOException {
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
                new File("E:/Person.txt")));
        Person person = (Person) ois.readObject();
        System.out.println("Person对象反序列化成功！");
        return person;
    }

}

让我们看看序列化的Person类长什么样

都是些二进制格式。

默认实现Serializable接口的序列化是对于一个类的非static，非transient的实例变量进行序列化与反序列化。刚刚上面也说了，如果要对static实例变量进行序列化就要使用Externalizable接口，手动实现。

序列化时只保存

1）对象的类型
2）对象属性的类型
3）对象属性的值

那么就有个疑问了，为什么不序列化方法呢？(方法根本不存在序列化这一说，这里提出是排除个别的困惑)

B地能接收序列化之后的CLASS A，说明B地也有一个完全一样的CLASS A，所以方法什么的都已经准备好了。所以序列化时只需要存属性值什么的就够了。

2.2 Externalizable

我们简单的说一下实现Externalizable接口。　实现Externalizable接口的类完全由自身来控制序列化的行为。而且必须实现writeExternal（ObjectOutput out）和readExternal（ObjectInput in）。

注意在对实现了这个接口的对象进行反序列化的时候，会先调用类的不带参数的构造函数，这个和之前的默认反序列化方式是不一样的。

例子不再举例了，Externalizable不常用，因为Externalizable可以用 transient+Serializable代替。

但是Externalizable可以实现自主的序列化过程，作用有以下几点

1. Externalizable中序列化static成员变量。

2. 对敏感字段的加密。

在大多数jdk源码中，往往使用另一种方式来自己实现序列化。

它们都继承了Serializable，但是它们同时也实现了writeObject与readObject方法，把不想序列化的属性transient，来实现自己需要的序列化。

3. serialVersionUID的作用

serialVersionUID: 字面意思上是序列化的版本号，凡是实现Serializable接口的类都有一个表示序列化版本标识符的静态变量

private static final long serialVersionUID

serialVersionUID有两种生成方式：

采用这种方式生成的serialVersionUID是1L：

private static final long serialVersionUID = 1L;

采用这种方式生成的serialVersionUID是根据类名，接口名，方法和属性等来生成的，例如：

private static final long serialVersionUID = 4603642343377807741L;

那么这个 serialVersionUID到底有什么用呢？

在上面的例子中已经展示了序列化与反序列化的过程。那么当我们序列化保存到硬盘上后，对Person类进行了修改呢？

我们首先把serialVersionUID给去掉。

import java.io.Serializable;

public class Person implements Serializable {

	private int age;
    private String name;
    private String sex;

    public int getAge() {
        return age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }

    public String getSex() {
        return sex;
    }

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

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

    public void setSex(String sex) {
        this.sex = sex;
    }
}

再对其进行序列化和反序列化（请查看第2节的代码），结果与以前一样，序列化和反序列化成功。

接着我们在Person类中新添一个字段

private String address;

接着我们对Person类进行反序列化，此时就会抛出如下的异常信息：

Exception in thread "main" java.io.InvalidClassException: Person; local class incompatible: stream classdesc serialVersionUID = 4603642343377807741, local class serialVersionUID = 5706315374280860232

意思就是说，文件流中的class和classpath中的class，也就是修改过后的class，不兼容了，处于安全机制kao虑，程序抛出了错误，并且拒绝载入。那么如果我们真的有需求要在序列化后添加一个字段或者方法呢？应该怎么办？那就是自己去指定serialVersionUID。在刚刚的例子中，没有指定Customer类的serialVersionUID的，那么java编译器会自动给这个class进行一个摘要算法，类似于指纹算法，只要这个文件多一个属性，得到的UID就会截然不同的，可以保证在这么多类中，这个编号是唯一的。所以，添加了一个字段后，由于没有显指定 serialVersionUID，编译器又为我们生成了一个UID，当然和前面保存在文件中的那个不会一样了，于是就出现了2个序列化版本号不一致的错误。因此，只要我们自己指定了serialVersionUID，就可以在序列化后，去添加一个字段，或者方法，而不会影响到后期的还原，还原后的对象照样可以使用，而且还多了方法或者属性可以用。

当我们增加了serialVersionUID后，反序列化成功。

4. 父类的序列化

情境：一个子类实现了 Serializable 接口，它的父类都没有实现 Serializable 接口，序列化该子类对象，然后反序列化后输出父类定义的某变量的数值，该变量数值与序列化时的数值不同。

解决：要想将父类对象也序列化，就需要让父类也实现Serializable 接口。如果父类不实现的话的，就需要有默认的无参的构造函数。在父类没有实现 Serializable 接口时，虚拟机是不会序列化父对象的，而一个 Java 对象的构造必须先有父对象，才有子对象，反序列化也不例外。所以反序列化时，为了构造父对象，只能调用父类的无参构造函数作为默认的父对象。因此当我们取父对象的变量值时，它的值是调用父类无参构造函数后的值。如果你kao虑到这种序列化的情况，在父类无参构造函数中对变量进行初始化，否则的话，父类变量值都是默认声明的值，如 int 型的默认是 0，string 型的默认是 null。

5. 关键字transient

当持久化对象时，可能有一个特殊的对象数据成员，我们不想用serialization机制来保存它。为了在一个特定对象的一个域上关闭serialization，可以在这个域前加上关键字transient。
transient是Java语言的关键字，用来表示一个域不是该对象序列化的一部分。当一个对象被序列化的时候，transient型变量的值不包括在序列化的表示中，然而非transient型的变量是被包括进去的。

我们熟悉使用transient关键字可以使得字段不被序列化，那么还有别的方法吗？根据父类对象序列化的规则，我们可以将不需要被序列化的字段抽取出来放到父类中，子类实现 Serializable 接口，父类不实现，根据父类序列化规则，父类的字段数据将不被序列化，形成类图如下图所示。

上图中可以看出，attr1、attr2、attr3、attr5 都不会被序列化，放在父类中的好处在于当有另外一个 Child 类时，attr1、attr2、attr3 依然不会被序列化，不用重复抒写 transient，代码简洁。

6. 序列化字节流格式

字符串对象的格式：74 2字节长度字符串

字符串中的字符都是Unicode字符，采用modified UTF-8格式

类的描述信息格式：

2字节长度

类名

8字节指纹 //根据类，父类，接口，域类型和方法签名计算出来的唯一数据

1字节标志

2字节的数据域描述符计数

数据域描述符//1字节类型码+2字节域名长度+域名+类名(如果域为对象)

78（结束标记）

超类（如果没有则为70）

对象格式：73＋类描述信息+对象数据

详细请参kao<<Core Java 2>> Volum I 12.5.2

7. 序列化存储规则

ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(
	new FileOutputStream("result.obj"));
	Test test = new Test();
	//试图将对象两次写入文件
	out.writeObject(test);
	out.flush();
	System.out.println(new File("result.obj").length());
	out.writeObject(test);
	out.close();
	System.out.println(new File("result.obj").length());
	ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
			"result.obj"));
	//从文件依次读出两个文件
	Test t1 = (Test) oin.readObject();
	Test t2 = (Test) oin.readObject();
	oin.close();			
	//判断两个引用是否指向同一个对象
	System.out.println(t1 == t2);

上述对同一对象两次写入文件，打印出写入一次对象后的存储大小和写入两次后的存储大小，然后从文件中反序列化出两个对象，比较这两个对象是否为同一对象。一般的思维是，两次写入对象，文件大小会变为两倍的大小，反序列化时，由于从文件读取，生成了两个对象，判断相等时应该是输入 false 才对。

结果：

31
36
true

我们看到，第二次写入对象时文件只增加了 5 字节，并且两个对象是相等的，这是为什么呢？

Java 序列化机制为了节省磁盘空间，具有特定的存储规则，当写入文件的为同一对象时，并不会再将对象的内容进行存储，而只是再次存储一份引用，上面增加的 5 字节的存储空间就是新增引用和一些控制信息的空间。反序列化时，恢复引用关系，使得清单 3 中的 t1 和 t2 指向唯一的对象，二者相等，输出 true。该存储规则极大的节省了存储空间。

举例：

ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("result.obj"));
Test test = new Test();
test.i = 1;
out.writeObject(test);
out.flush();
test.i = 2;
out.writeObject(test);
out.close();
ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
					"result.obj"));
Test t1 = (Test) oin.readObject();
Test t2 = (Test) oin.readObject();
System.out.println(t1.i);
System.out.println(t2.i);

目的是希望将 test 对象两次保存到 result.obj 文件中，写入一次以后修改对象属性值再次保存第二次，然后从 result.obj 中再依次读出两个对象，输出这两个对象的 i 属性值。案例代码的目的原本是希望一次性传输对象修改前后的状态。

结果两个输出的都是 1，原因就是第一次写入对象以后，第二次再试图写的时候，虚拟机根据引用关系知道已经有一个相同对象已经写入文件，因此只保存第二次写的引用，所以读取时，都是第一次保存的对象。在使用一个文件多次 writeObject 需要特别注意这个问题。