详解Java编程中对象的序列化

这篇文章主要介绍了Java编程中对象的序列化,包括一些反序列化的例子,需要的朋友可以参考下

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：

1. arg constructor  
2. [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：

1. arg constructor  
2. [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：

1. arg constructor  
2. [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，

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：

1. arg constructor  
2. none-arg constructor  
3. [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：

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：

1. arg constructor  
2. none-arg constructor  
3. [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：

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. }  
29. 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： 
30.  
31. public class SimpleSerial {  
32.  
33. public static void main(String[] args) throws Exception {  
34. File file = new File("person.out");  
35. ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));  
36. oout.writeObject(Person.getInstance()); // 保存单例对象  
37. oout.close();  
38.  
39. ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));  
40. Object newPerson = oin.readObject();  
41. oin.close();  
42. System.out.println(newPerson);  
43.  
44. 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  
45. }  
46. }  

执行上述应用程序后会得到如下结果：

1. arg constructor  
2. [John, 31, MALE]  
3. 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应用后将如下输出：

1. arg constructor  
2. [John, 31, MALE]  
3. 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。

6.一些高级用法

该说的都在注释中说完了。直接给程序吧。

1. package test.javaPuzzler.p5; 
2.  
3. import java.io.*; 
4. import java.io.ObjectInputStream.GetField; 
5. import java.io.ObjectOutputStream.PutField; 
6.  
7. // 一个类实现Serializable来表明自己可以被序列化； 
8. // 有一点需要特别注意的是： 
9. // 如果子类实现了Serializable，而父类没有，则父类不会被序列化； 
10. public class SerializableObject implements Serializable { 
11.  
12. // 生成的序列化版本号会因为编译环境，声明的类名，成员名称和数量的变化而不同； 
13. // 也就是说这个版本号一定程度上记录着类的定义性的信息，如果类的定义变化了，最好重新生成版本号； 
14. // 如果新的代码使用了旧的版本号，则在反序列化的时候，可以兼容读取旧类的字节码而不会报错； 
15. private static final long serialVersionUID = 9038542591452547920L; 
16.  
17. public String name; 
18. public String password; 
19. // 如果你不希望某个非静态成员被序列化，可以用transient来修饰它； 
20. public transient int age; 
21. // 静态成员不会被序列化，因为序列化保存的是实例的状态信息，而静态成员是类的状态信息； 
22. public static int version = 1; 
23.  
24. public SerializableObject(String name, String password) { 
25. this.name = name; 
26. this.password = password; 
27. } 
28.  
29. // 每个类可以写一个writeObject方法，这个方法将会负责该类自身的序列化过程； 
30. // 比如对于敏感信息如password，可以加密之后再序列化； 
31. // 这个过程需要用到PutField，它可以指定哪些域会被序列化，怎么序列化(比如加密); 
32. // 如果没有定义这个方法，将会调用ObjectOutputStream 的 defaultWriteObject； 
33.  
34. // 你可以注释掉readObject方法，然后运行测试用例来测试密码是否被加密； 
35. private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException { 
36. PutField putFields = out.putFields(); 
37. putFields.put("name", name); 
38. // 模拟加密密码 
39. putFields.put("password", "thePassword:" + password); 
40. out.writeFields(); 
41. } 
42.  
43. // 每个类可以写一个readObject方法，该方法负责该类自身的反序列化过程； 
44. // 比如对序列化时加密后的密码解密； 
45. // 这个过程需要用到GetField，他可以具体地读取每个域；或执行解密动作等等； 
46. // 如果没有定义这个方法，将会调用ObjectInputStream 的 defaultReadObject； 
47. private void readObject(ObjectInputStream in) 
48. throws ClassNotFoundException, IOException { 
49. GetField readFields = in.readFields(); 
50. // 读取到成员的值之后，直接赋给该域，即完成该域的反序列化； 
51. name = (String) readFields.get("name", "defaultName"); 
52. // 模拟解密密码 
53. String encPassword = (String) readFields.get("password", 
54. "thePassword:defaultValue"); 
55. password = encPassword.split(":")[1]; 
56. } 
57.  
58. // 序列化 
59. // 主要用到ObjectOutputStream； 
60. public void save() throws IOException { 
61. FileOutputStream fout = new FileOutputStream("e://obj"); 
62. ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(fout); 
63. oout.writeObject(this); 
64. oout.close(); 
65. fout.close(); 
66. } 
67.  
68. // 反序列化 
69. // 主要用到ObjectInputStream 
70. public static SerializableObject load() throws IOException, 
71. ClassNotFoundException { 
72. FileInputStream fin = new FileInputStream("e://obj"); 
73. ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(fin); 
74. Object o = oin.readObject(); 
75. return (SerializableObject) o; 
76.  
77. } 
78.  
79. @Override 
80. public String toString() { 
81. return "name: " + name + ", password: " + password; 
82. } 
83.  
84. // 测试用例 
85. public static void main(String[] args) throws IOException, 
86. ClassNotFoundException { 
87. SerializableObject so = new SerializableObject( 
88. "http://blog.csdn.net/sunxing007", "123456"); 
89. so.save(); 
90. System.out.println(so); 
91. System.out.println(SerializableObject.load()); 
92. } 
93.  
94. } 

序列化会对单例模式不利, 因为可以通过反序列化而破坏单例. 这个时候就要请出readResolve这个方法了. 比如下面的程序:

1. public class Dog extends Exception { 
2. //private static final long serialVersionUID = -7156412195888553079L; 
3. public static final Dog INSTANCE = new Dog(); 
4. private Dog() { } 
5. public String toString() { 
6. return "Woof"; 
7. } 
8. // 通过readResolve, 保证反序列化的时候能完全自主地处理返回对象. 
9. private Object readResolve(){ 
10. return INSTANCE; 
11. } 
12. public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException{ 
13. Dog d = Dog.INSTANCE; 
14. ByteArrayOutputStream bro = new ByteArrayOutputStream(); 
15. ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(bro); 
16. oout.writeObject(d); 
17. ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(bro.toByteArray())); 
18. Dog d1 = (Dog)oin.readObject(); 
19. System.out.println(d1==d); 
20. } 
21. }