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关于java:Java拾遗不可不知的-Java-序列化

jiezi

【Java 拾遗】不可不知的 Java 序列化

前言

在程序运行的生命周期中，序列化与反序列化的操作，简直无时无刻不在产生着。对于任何一门语言来说，不论它是编译型还是解释型，只有它须要通信或者长久化时，就必然波及到序列化与反序列化操作。然而，又正因为序列化与反序列化太过重要，太过广泛，大部分编程语言和框架都对其进行了很好的封装，又因为他的润物细无声，使得咱们很多时候基本没有意识到，代码上面其实进行了许许多多序列化相干的操作。明天咱们就一起去探寻这位最相熟的陌生人。

序列化是什么

百度百科中给序列化的定义是『序列化 (Serialization)是将对象的状态信息转换为能够存储或传输的模式的过程。』。仿佛有点形象，上面用一个例子简略类比一下。

日常生活中，总少不了人跟人之间的交换与沟通。而沟通的前提是先要把咱们大脑中想的内容，通过某种模式表达出来。而后他人再通过咱们表白出的内容去了解。

而表白的形式多种多样，最常见的就是谈话，咱们通过说一些话，把咱们脑海里想的内容表达出来，对方听了这些话立即明确了咱们的想法。当然表白也能够是文字，比方你正在看的本文，不也是在与你交换吗？导演通过电影去表白本人对于世界的了解，画家通过画作述说的对美的渴望，音乐家通过乐符形容着对自在的向往。凡此种种，举不胜举。

所以，这些又跟咱们的主题 序列化 有什么关系呢？

其实人与人之间少不了沟通交流，程序与程序之间，机器与机器之间也少不了沟通交流。只不过通常不会说是沟通，咱们会说申请、响应、传输、通信…… 同样的内容只是换了一种说法。

上文中提到，人与人之间的沟通须要一种表达方式。通过这种表达方式把咱们大脑中所想的内容，转化成别人能够了解的内容。而机器与机器之间的通信也须要这样一种表达方式，通过这种表达方式把内存中的内容，转化成其它机器能够读取的内容。

所以序列化能够简略的了解成是 机器内存中信息的表达方式。

为什么须要序列化

通常状况下，咱们的语言一方面用于交换，比方聊天，把我脑海中的思维，通过语言表达进去，对方听到咱们的话语，会心咱们的想法。

另一方面，咱们的语言除了用于沟通交流，还能够用于记录。有一句话叫做『好忘性不如烂笔头』。说的就是记录的重要性，因为话在咱们的脑子里，很容易就忘了，通过记录下来能够保留更久。

而序列化性能又正好对应这两点，一个是用来传输信息，另一个是用来长久化。序列化用来传输的作用，前文曾经说过了，对于长久化的作用，也很好了解。首先明确一个问题，序列化的是什么内容？通常是内存中的内容。而内存有一个特点咱们都晓得，那就是一重启就没了。对于局部内容，咱们想在重启后还存在（比如说 tomcat 中 session 外面的对象），要怎么办呢？答案就是把内存中的对象保留到磁盘上，这样就不怕重启了，而长久化就须要用到序列化技术。

如何实现序列化

人与人之间有许许多多的表达方式，而且机器与机器之间也同样，序列化的形式多种多样。

Java 原生模式

对于如此广泛的序列化需要，Java 其实早在 JDK 1.1 开始就在语言层面进行了反对。而且应用起来十分不便，上面咱们就一起看看具体代码。

  1. 首先咱们要把想序列化的类实现 Java 自带的 java.io.Serializable 接口
/*
 *
 *  * *
 *  *  * blog.coder4j.cn
 *  *  * Copyright (C) 2016-2020 All Rights Reserved.
 *  *
 *
 */
package cn.coder4j.study.example.serialization;

import java.io.Serializable;
import java.util.StringJoiner;

/**
 * @author buhao
 * @version HaveSerialization.java, v 0.1 2020-09-17 16:58 buhao
 */
public class HaveSerialization implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = -4504407589319471384L;
    private String name;
    private Integer age;

    /**
     * Getter method for property <tt>name</tt>.
     *
     * @return property value of name
     */
    public String getName() {return name;}

    /**
     * Setter method for property <tt>name</tt>.
     *
     * @param name value to be assigned to property name
     */
    public void setName(String name) {this.name = name;}

    /**
     * Getter method for property <tt>age</tt>.
     *
     * @return property value of age
     */
    public Integer getAge() {return age;}

    /**
     * Setter method for property <tt>age</tt>.
     *
     * @param age value to be assigned to property age
     */
    public void setAge(Integer age) {this.age = age;}

    @Override
    public String toString() {return new StringJoiner(",", HaveSerialization.class.getSimpleName() + "[", "]")
                .add("name='" + name + "'")
                .add("age=" + age)
                .toString();}
}

须要留神的是，虽说是实现了 java.io.Serializable 接口，然而咱们其实没有笼罩任何办法。这是为什么呢？咱们一起看一下 java.io.Serializable 的源码。

public interface Serializable {}

没错，是个空接口，除了接口定义局部，啥也没有。通常遇到这种状况，咱们称之为标记接口，次要为了标记某些类，标记的起因是，把它与其它类区别进去，不便咱们前面专门解决。而  Serializable 这个标记接口，就是为了让咱们晓得这个类是要进行序列化操作的类，仅此而已。

另外，尽管咱们只实现一个空接口，然而仔细的你，必定发现了咱们的类中多了一个 serialVersionUID 属性。那么这个属性的作用是什么呢？

它次要目标就是为了验证序列化与反序列化的类是否统一。比方下面 HaveSerialization 这个类当初有业务属性 name 与 age，当初因为业务须要，咱们要增加一个 address 的属性。序列化操作是没有问题的，然而把序列化信息传输给其它机器，其它机器在反序列化的时候，就呈现了问题。因为其它机器的 HaveSerialization 没有 address 这个属性。

为了解决这个问题，JDK 通过应用 serialVersionUID 在作为该类的版本号，在反序列化时比拟传输的类的值与要反序列化类的值是否统一，不统一就会报 InvalidCastException。

当然，出发点是好的，然而间接抛异样会导致业务无奈进行上来，通常 serialVersionUID 生成好后，咱们不会再更新，序列化如果没有更新，对应变更的属性会为空，咱们只有在业务里做好兼容就好了。

  1. 序列化对象

好了，咱们曾经实现了第一步，定义了一个序列化类，上面咱们就把他给序列化掉。

    /**
     * 序列化对象（保留序列化文件）* @throws IOException
     */
    @Test
    public void testSaveSerializationObject() throws IOException {
        // 创建对象
        final HaveSerialization haveSerialization = new HaveSerialization();
        haveSerialization.setName("kiwi");
        haveSerialization.setAge(18);
        // 创立序列化对象保留的文件
        final File file = new File("haveSerialization.ser");
        // 创建对象输入流
        try (final ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file))) {
            // 将对象输入到序列化文件
            objectOutputStream.writeObject(haveSerialization);
        }
    }

能够看到代码非常简略，大体分成如下 4 步：

  1. 创立要序列化的对象
    其实就是你下面的实现 java.io.Serializable 的类，如果没有实现，在这里会报 NotSerializableException 异样
  2. 创立一个 File 对象，用来保留序列化后的二进制数据。
    留神这里文件名我用的是 *.ser，这个 ser 后缀并没有强制要求，只是不便了解，你可能写成其它后缀
  3. 创建对象输入流
    创立一个 ObjectOutputStream 对象输入流的对象，并把下面定义的序列化文件对象通过构造函数传给它。
  4. 通过输入流把对象写到序列化文件里
    留神这里我用的 JDK 8 的 try with resource 语法，所以不必手动 close

好了，到这里咱们序列化也实现了。

  1. 反序列化对象

既然有序列化，那必定也有反序列化。反序列化能够了解成是序列化的逆向操作，既然序列化把内存中的对象转成一个能够长久化的文件，那么反序列化要做的就是把这个文件再加载到内存中的对象。话不多说，间接看代码。

    /**
     * 反序列化对象（从序列化文件中读取对象）* @throws IOException
     * @throws ClassNotFoundException
     */
    @Test
    public void testLoadSerializationObject() throws IOException, ClassNotFoundException {
        // 创建对象输入流
        try (ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("haveSerialization.ser")))) {
            // 从输入流中创建对象
            final Object obj = objectInputStream.readObject();
            System.out.println(obj);
        }
    }

是的，反序列化代码比序列化代码还少，次要分成如下 2 步：

  1. 创建对象输出流
    创立一个 ObjectInputStream 对象，并把序列化文件通过构造函数传给它
  2. 从对象输出流中读取对象
    间接通过 readObject 办法即可，留神读取后是 Object 类型，后续应用需手动强转一次

到这里，咱们便通过 JDK 原生的办法实现了序列化与反序列化操作，是不是还很简略。然而日常工作不太举荐间接应用原生的形式实现序列化，一方面它生成的序列化文件较大，一方面也比一些第三方框架生成的慢，然而序列化原理大抵相似。上面咱们简略看一下其它形式如何序列化。

通用对象序列化

通常序列化是与语言绑定的，比如说通过下面 JDK 序列化的文件，不可能拿给 PHP 利用反序列化成 PHP 的对象。不过能够通过某些非凡的通用对象构造序列化来实现跨语言应用，比拟常见的是 JSON、XML。上面咱们以 JSON 为例看一下

    /**
     * 测试序列化通过 json
     */
    @Test
    public void testSerializationByJSON(){
        //------------- 序列化操作 ---------------
        // 创建对象
        final HaveSerialization haveSerialization = new HaveSerialization();
        haveSerialization.setName("kiwi");
        haveSerialization.setAge(18);

        // 序列化成 JSON 字符串
        final String jsonString = JSON.toJSONString(haveSerialization);
        System.out.println("JSON:" + jsonString);

        //------------- 反序列化操作 ---------------
        final HaveSerialization haveSerializationByJSON = JSON.parseObject(jsonString, HaveSerialization.class);
        System.out.println(haveSerializationByJSON);
    }

运行后果：

JSON:{"age":18,"name":"kiwi"}
HaveSerialization[name='kiwi', age=18]

上述代码应用的 JSON 框架是 alibaba/fastjson。然而大部分 JSON 框架应用起来都大同小异。能够按集体爱好去替换。

序列化框架

序列化框架其实有很多，比方 kryo、hessian、protostuff。它们各有优缺点，具体的比拟能够看这篇文章 序列化框架 kryo VS hessian VS Protostuff VS java。大家能够按各自的应用场景抉择应用，下文以 kryo 为例演示。

  1. 依赖
<dependency>
    <groupId>com.esotericsoftware</groupId>
    <artifactId>kryo</artifactId>
    <version>5.0.0-RC9</version>
</dependency>
  1. 具体代码
    /**
     * 测试序列化通过 kryo
     */
    @Test
    public void testSerializationByKryo() throws FileNotFoundException {
        //------------- 序列化操作 ---------------
        // 创建对象
        final HaveSerialization haveSerialization = new HaveSerialization();
        haveSerialization.setName("kiwi");
        haveSerialization.setAge(18);

        final Kryo kryo = new Kryo();
        // 注册序列化类
        kryo.register(HaveSerialization.class);

        // 序列化操作
        try (final Output output = new Output(new FileOutputStream("haveSerialization.kryo"))) {kryo.writeObject(output, haveSerialization);
        }

        // 反序列化
        try (final Input input = new Input(new FileInputStream("haveSerialization.kryo"))) {final HaveSerialization haveSerializationByKryo = kryo.readObject(input, HaveSerialization.class);
            System.out.println(haveSerializationByKryo);
        }
    }

其实看代码能够发现跟 JDK 的流程简直一样，其中有几点须要留神的，kryo 在序列化前，要手动通过 register 注册序列化的类，有点相似 JDK 实现 java.io.Serializable 接口。而后 Input、Output 对象不是 JDK 的。是 kryo 提供的。另外 Kryo 有不少须要留神的中央，能够查看参考链接局部的内容学习。

源码地址

因文章篇幅无限，无奈展现所有代码，曾经另外把残缺代码上传到 github，具体链接如下：

https://github.com/kiwiflydream/study-example/tree/master/study-serialization-example

参考链接

  1. 序列化框架 kryo VS hessian VS Protostuff VS java – 知其然，知其所以然 – ITeye 博客
  2. Kryo 使用指南 – hntyzgn – 博客园
  3. 深刻了解 RPC 之序列化篇 –Kryo | 徐靖峰 | 集体博客
  4. EsotericSoftware/kryo: Java binary serialization and cloning: fast, efficient, automatic

总结

本文次要介绍了 Java 序列化的相干内容，次要介绍序列化是什么？与人与人之间沟通的表达方式做类比，失去是 机器内存中信息的表达方式 。而为什么须要序列化，咱们通过举例说明了序列化 信息传输与长久化 的性能。最初咱们一起从 JDK 原生的实现 java.io.Serializable 的形式，再到通用对象序列化的 JSON、XML 形式，最终到第三方框架 kryo 的模式理解如何去实现序列化。

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