Java对象的序列化

  • 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

  • 简而言之,就是让对象想基本数据类型和字符串类型一样,通过输入输出字节流ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream进行写和读操作。

Java序列化的应用场景

  • 当你想把的内存中的对象状态保存到一个文件中或者数据库中时候

  • 当你想用套接字在网络上传送对象的时候

  • 当你想通过RMI传输对象的时候

如何对Java对象进行序列化与反序列化

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。

import java.io.*;
import java.util.*;

class User implements Serializable {
    private String name;
    private int age;
    private Date birthday;
    private transient String gender;
    private static int test =1;
    private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;

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

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

    public void setTest(int Newtest) {
        this.test = Newtest;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public int getAge() {
        return age;
    }

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

    public Date getBirthday() {
        return birthday;
    }

    public void setBirthday(Date birthday) {
        this.birthday = birthday;
    }

    public String getGender() {
        return gender;
    }

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

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", gender=" + gender +
                ", birthday=" + birthday +
                ", testStatic="+test+
                '}'+" "+super.toString();
    }
}

public class SerializableDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //Initializes The Object
        User user = new User("qiuyu",23,new Date(),"male");
        System.out.println(user);
        user.setTest(10);
        System.out.println(user);

        //Write Obj to File
        ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("tempFile"));
        out.writeObject(user);
        out.close();

        //Read Obj from File
        ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("tempFile"));
        User newUser = (User) in.readObject();
        System.out.println(newUser);
        in.close();
    }
}

此时的输出为:

arg constructor
User{name='qiuyu', age=23, gender=male, birthday=Tue Nov 14 20:38:57 GMT+08:00 2017, testStatic=10} User@326de728
User{name='qiuyu', age=23, gender=null, birthday=Tue Nov 14 20:38:57 GMT+08:00 2017, testStatic=10} User@4883b407
  • 此时必须注意的是,当重新读取被保存的User对象时,并没有调用User的任何构造器,看起来就像是直接使用字节将User对象还原出来的。

  • 当User对象被保存到tempfile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User.class,否则会抛出ClassNotFoundException。

Q:之前不是说序列化不保存静态变量么,为什么这里的静态变量进行了传递,都变成了10呢?
A:因为此时User.class已经被加载进了内存中,且将static变量test从1更改为了10。当我们恢复对象时,会直接获取当前static的变量test的值,所以为10。

Q:但如果我们的恢复操作在另一个文件中进行,结果会怎么样呢?

import java.io.FileInputStream;
import java.io.ObjectInputStream;

public class Recovering {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        //Read Obj from File
        ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("tempFile"));
        User newUser = (User) in.readObject();
        System.out.println(newUser);
        in.close();
    }
}

输出结果为:

User{name='qiuyu', age=23, gender=null, birthday=Tue Nov 14 20:38:57 GMT+08:00 2017, testStatic=1} User@6442b0a6

A:因为在运行此代码时,User.class会被加载进内存,然后执行初始化,将被初始化为1,因此test变量会被恢复为1。注意区分上面两种情况,不要因为是在本地进行测试,就认为static会被序列化,同时要了解Java运行时,内存加载的机制。

基本知识点

Serializable接口

  • 对于任何需要被序列化的对象,都必须要实现接口Serializable,它只是一个标识接口本身没有任何成员,只是用来标识说明当前的实现类的对象可以被序列化.

  • 如果父类实现序列化,子类自动实现序列化,不需要显式实现Serializable接口。

  • 如果被写对象的类型是String数组EnumSerializable,那么就可以对该对象进行序列化,否则将抛出NotSerializableException。

对象的读写

  • Java类中对象的序列化工作是通过 ObjectOutputStream ObjectInputStream 来完成的。

  • 使用readObject()writeObject()方法对对象进行读写操作;

  • 对于基本类型,可以使用readInt()writeInt() , readDouble()writeDouble()等类似的接口进行读写。

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。

  • 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。为此需要为某个字段声明为transient,那么序列化机制就会忽略被transient修饰的字段。transient的引用变量会以null返回,基本数据类型会以相应的默认值返回。(例如:引用类型没有实现Serializable,或者动态数据只可以在执行时求出而不能或不必存储)

writeObject()与readObject()

  • 对于上被声明为transient的字段gender,除了将transient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User类中添加两个方法:writeObject()与readObject(),如下所示:

private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
        out.defaultWriteObject();
        out.writeUTF(gender);
    }

    private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
        in.defaultReadObject();
        gender = in.readUTF();
    }
  • 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,此时会忽略掉gender字段。

  • 然后再调用writeUtf()方法显示地将gender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。

Q: writeObject()与readObject()都是private方法,那么它们是如何被调用的呢?
A: 毫无疑问,是使用反射。(注意这不是继承接口的方法,因为接口类的方法都是public的,而这里的方法是private的)

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。

import java.io.*;
import java.util.*;

class UserExtern implements Externalizable {
    private String name;
    private int age;
    private Date birthday;
    private transient String gender;
    private static int test =1;
    private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;

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

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

    private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
        out.defaultWriteObject();
        out.writeUTF(gender);
    }

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


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

    @Override
    public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
        name = in.readUTF();
        age = in.readInt();
        birthday = (Date) in.readObject();
        gender = in.readUTF();
    }


    public void setTest(int Newtest) {
        this.test = Newtest;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public int getAge() {
        return age;
    }

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

    public Date getBirthday() {
        return birthday;
    }

    public void setBirthday(Date birthday) {
        this.birthday = birthday;
    }

    public String getGender() {
        return gender;
    }

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

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", gender=" + gender +
                ", birthday=" + birthday +
                ", testStatic="+test+
                '}'+" "+super.toString();
    }
}



public class ExternalizableDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        UserExtern userExtern = new UserExtern("qiuyu",23,new Date(),"male");
        System.out.println(userExtern);
        ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("external"));
        out.writeObject(userExtern);
        out.close();


        ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("external"));
        UserExtern userExtern1 = (UserExtern)in.readObject();
        System.out.println(userExtern1)
    }
}

输出结果为:

arg constructor
User{name='qiuyu', age=23, gender=male, birthday=Tue Nov 14 22:34:25 GMT+08:00 2017, testStatic=1} UserExtern@25618e91
none-arg constructor
User{name='qiuyu', age=23, gender=male, birthday=Tue Nov 14 22:34:25 GMT+08:00 2017, testStatic=1} UserExtern@604ed9f0
  • 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writeExternal()readExternal()方法的具体细节,以及哪些状态需要进行序列化。

  • 另外,若使用Externalizable进行序列化,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。这就是为什么在此序列化过程中UserExtern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

注意事项

  • 读取对象的顺序必须与写入的顺序相同

  • 如果有不能被序列化的对象,执行期间就会抛出NotSerializableException异常

  • 序列化时,只对对象的状态进行保存,而不管对象的方法

  • 静态变量不会被序列化,因为所有的对象共享同一份静态变量的值

  • 如果一个对象的成员变量是一个对象,那么这个对象的数据成员也会被保存还原,而且会是递归的方式(对象网)。(序列化程序会将对象版图上的所有东西储存下来,这样才能让该对象恢复到原来的状态)

  • 如果子类实现Serializable接口而父类未实现时,父类不会被序列化,但此时父类必须有个无参构造方法,否则会抛InvalidClassException异常;因为反序列化时会恢复原有子对象的状态,而父类的成员变量也是原有子对象的一部分。由于父类没有实现序列化接口,即使没有显示调用,也会默认执行父类的无参构造函数使变量初始化;

深入理解

序列化ID的问题

  • serialVersionUID适用于JAVA的序列化机制。简单来说,Java的序列化机制是通过判断类的serialVersionUID来验证版本一致性的。

  • 在进行反序列化时,JVM会把传来的字节流中的serialVersionUID与本地相应实体类的serialVersionUID进行比较,如果相同就认为是一致的,可以进行反序列化,否则就会出现序列化版本不一致的异常,即是InvalidCastException。

序列化存储规则

  • 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;

  • 序列化到同一个文件时,如第二次修改了相同对象属性值再次保存时候,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,第二次进行的修改将无效。

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //Initializes The Object
        User user = new User("qiuyu",23,new Date(),"male");
        user.setTest(10);
        System.out.println(user);


        //Write Obj to File
        ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("tempFile"));
        out.writeObject(user);
        user.setAge(25);
        System.out.println(user);
        out.writeObject(user);
        out.close();

        //Read Obj from File
        ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("tempFile"));
        User newUser = (User) in.readObject();
        User newUser1 = (User) in.readObject();
        System.out.println(newUser);
        System.out.println(newUser1);
        in.close();
    }

输出结果: 注意观察age的值

User{name='qiuyu', age=23, gender=male, birthday=Tue Nov 14 22:47:22 GMT+08:00 2017, testStatic=10} User@326de728
User{name='qiuyu', age=25, gender=male, birthday=Tue Nov 14 22:47:22 GMT+08:00 2017, testStatic=10} User@326de728
User{name='qiuyu', age=23, gender=male, birthday=Tue Nov 14 22:47:22 GMT+08:00 2017, testStatic=10} User@4883b407
User{name='qiuyu', age=23, gender=male, birthday=Tue Nov 14 22:47:22 GMT+08:00 2017, testStatic=10} User@4883b407

多次序列化的问题

  • 在一次的序列化的过程中,ObjectOutputStream 会在文件开始的地方写入一个 Header的信息到文件中。于是在多次序列化的过程中就会继续在文件末尾(本次序列化的开头)写入 Header 的信息,这时如果进行反序列化的对象的时候会报错:java.io.StreamCorruptedException: invalid type code: AC


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