復習盤點-Java序列化方式（2）JAVA原生序列化以及Protostuff序列化

Java中的RPC（遠程服務調用）可以通過Serializable的方式進行具帮。

序（序列化和反序列化）

是什么？為啥用？怎么用蜂厅？——靈魂三連

  1. 序列化和反序列化是什么匪凡？

    • 序列化：把對象轉變?yōu)?code>字節(jié)序列的過程稱為對象的序列化。

    • 反序列化：把字節(jié)序列恢復為對象的過程稱為對象的反序列化掘猿。

  2. 對象序列化的用途

    • 將內存中對象的字節(jié)持久化到硬盤中的時候病游；
    • 當使用Socket在網絡上傳輸對象的時候；
    • 當使用RMI（遠程方法調用）傳輸對象的時候稠通；

1. Serializable序列化

類的序列化是實現(xiàn)java.io.Serializable接口啟動的衬衬，不實現(xiàn)此接口的類將不會有任何狀態(tài)的序列化和反序列化。序列化接口沒有方法或字段改橘，僅用于標識序列化的語義滋尉。

1.1 Serializable序列化的注意事項

1.1.1 序列化ID問題

Intellij IDEA生成serialVersionUID

虛擬機是否允許反序列化，不僅取決于類路徑和功能代碼是否一致飞主，還取決于兩個類序列化ID是否一致（ANY-ACCESS-MODIFIER static final long serialVersionUID = 42L;）兼砖。

如果可序列化類沒有顯示聲明SerialVersionUID，則序列化運行時將根據(jù)Java對象序列化規(guī)范中所述的類的各方面計算該類的默認SerialVersionUID既棺。但是強烈建議所有可序列化的類都明確聲明serialVersionUID值。因為默認得UID計算對類詳細信息非常敏感懒叛，這可能因編譯器實現(xiàn)而異丸冕，可能會導致反序列化InvalidClassException。

序列化和反序列化代碼詳見JAVA BIO體系——ObjectInputStream/ObjectOutputStream對象流的使用

1. 反序列化不同的類路徑導致ClassCastException異常

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: 
com.JsonSerializer.User cannot be cast to com.IODemo.BIODemo.User
    at com.IODemo.BIODemo.ObjectOut.main(ObjectOut.java:12)

2. 反序列化不同的UID導致InvalidClassException異常

java.io.InvalidClassException: com.JsonSerializer.User; local class incompatible:
 stream classdesc serialVersionUID = 4731277808546534921,
 local class serialVersionUID = 4731277808546534920

序列化ID一般有兩種生成規(guī)則薛窥，一種是固定的1L胖烛，一種是隨機生成一個不重復long類型數(shù)據(jù)。

  • 如果是沒有特殊需求诅迷，就用默認的1L就可以佩番，這樣就可以確保代碼一致時反序列化成功；

  • 隨機生成的序列化ID有什么用呢罢杉？有些時候趟畏，通過改變序列ID可以用來限制某些用戶的使用；

1.1.2 特殊變量序列化

1. 靜態(tài)變量的序列化
序列化并不保存靜態(tài)變量滩租，序列化保存的是對象的狀態(tài)赋秀，而靜態(tài)變量是類的狀態(tài)。
2. Transient關鍵字
transient（[?tr?nzi?nt]臨時態(tài)）關鍵字的作用就是控制變量的序列化律想，在變量聲明前加上該關鍵字猎莲，可以阻止該變量序列化到文件中，在反序列化后技即，transient變量會被設為初始值著洼，如int型的為0，對象型的為null。
3. 父類的序列化特性
如果子類實現(xiàn)了Serializable接口而父類沒有實現(xiàn)身笤，那么父類不會被序列化豹悬，但是父類必須有默認的無參構造方法，否則會拋出InvalidClassException異常展鸡。如下圖所示

序列化異常

解決方案：想要將父類對象也序列化屿衅，就需要讓父類也實現(xiàn)Serializable接口；如果父類不實現(xiàn)的話莹弊，就需要有默認的無參構造函數(shù)涤久，并且父類的變量值都是默認聲明的值。

在父類沒有實現(xiàn)Serializable接口時忍弛，虛擬機不會序列化父對象响迂，而一個Java對象的初始化必須先初始化父對象，再初始化子對象细疚，反序列化也不例外蔗彤。所以在反序列化時，為了構造父對象疯兼，只能調用父類對象的無參構造函數(shù)作為默認的父對象然遏。因此當我們取父對象的變量值時，它的值是調用父類無參構造函數(shù)后的值吧彪。

使用Transient關鍵字可以使得字段不被序列化待侵，還有別的方法嗎？

根據(jù)父類對象序列化的規(guī)則姨裸，可以將不需要被序列化的字段抽取出來放到父類中秧倾，子類實現(xiàn)Serializable接口，父類不實現(xiàn)傀缩，根據(jù)父類序列化規(guī)則那先，父類的字段數(shù)據(jù)將不會被序列化。

抽象模型

4. 定制序列化方法

在序列化過程中赡艰，虛擬機會試圖調用對象類中的writeObject和readObject方法售淡，進行用戶自定義的序列化和反序列化，如果沒有這樣的方法慷垮，則默認調用defaultWriteObject方法以及defaultReadObject方法勋又。用戶自定義的writeObject和readObject方法運允許用戶控制序列化過程。比如可以在序列化過程中動態(tài)的改變序列化的數(shù)值换帜⌒ㄈ溃基于這個原理，可以在實際應用中得到使用惯驼，用于敏感字段的加密工作蹲嚣。

ObjectOutputStream使用getPrivateMethod

方法writeObject可以自定義用戶的序列化過程递瑰，如果聲明了private void writeObject()，它將會被ObjectOutputStream調用隙畜。盡管它們被外部類調用但是他們實際上是private的方法抖部。

writeObject和readObject既不存在于java.lang.Object中，也沒有在Serializable中聲明议惰，那么ObjectOutputStream如何調用他們的慎颗？

ObjectOutputStream使用了反射尋找是否聲明了這兩個方法。并且ObjectOutputStream使用getPrivateMethod言询，所以這些方法必須聲明為private以至于可以被ObjectOutputStream調用俯萎。

為什么需要聲明為private類型

在兩個方法的開始處，你會發(fā)現(xiàn)調用了defaultWriteObject()和defaultReadObject()运杭。它們的作用就是默認序列化進程夫啊，就像寫/讀所有的no-transient和non-static字段。通常來說辆憔，所有我們需要處理的字段都應該聲明為transient撇眯，這樣的話，defaultWriteObject/defaultReadObject便可以專注于其余字段虱咧，而我們則為特定的字段定制序列化熊榛。但是使用默認序列化方法并不是強制的。

需要注意的是：序列化和反序列化的writeXXX()和readXXX()的順序需要對應腕巡。比如有多個字段都用writeInt()——序列化来候，那么readInt()需要按照順序將其賦值。

4.1. 使用transient和defaultWriteObject()定制序列化

public class EncryptUser implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String userName;
    transient private String password;  //不進行序列化逸雹，需要自己手動處理的
    transient private String sex;
    
  //為節(jié)省篇幅 省略get/set/toString()方法

    private void writeObject(ObjectOutputStream oos) throws IOException {
        oos.defaultWriteObject();
        String password = this.password + ":加密";
        oos.writeUTF(password);  //將密碼手動處理加密后序列化
        System.out.println("EntryUser序列化成功：" + toString());
    }

    private void readObject(ObjectInputStream ios) throws IOException, ClassNotFoundException {
        ios.defaultReadObject();
        password = ios.readUTF() + "解密";
        System.out.println("EntryUser反序列化成功：" + toString());
    }
}

4.2. ObjectOutputStream.PutField定制序列化

public class EncryptUser implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String userName;
    private String password;  //不進行序列化，需要自己手動處理的

  //為節(jié)省篇幅 省略get/set/toString()方法

    private void writeObject(ObjectOutputStream oos) throws IOException {
        ObjectOutputStream.PutField putField = oos.putFields();//檢索寫入流的字段
        password = "加密：" + password;  //模擬加密
        //設置寫入流的字段
        putField.put("password", password);
        //將字段寫入流
        oos.writeFields();
    }

    private void readObject(ObjectInputStream ios) throws IOException, ClassNotFoundException {
        ObjectInputStream.GetField getField = ios.readFields();
        Object encryptPassword = getField.get("password", "");
        System.out.println("加密的字符串：" + encryptPassword);
        password = encryptPassword + "解密";
    }
}

4.3. 測試方法

 private static void writeObject() {
        try {
//            檢索用于緩沖要寫入流的持久性字段的對象云挟。 當調用writeFields方法時梆砸，字段將被寫入流。
            EncryptUser encryptUser = new EncryptUser();
            encryptUser.setUserName("tom");
            encryptUser.setPassword("tom245");
            ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("./EncryptUser.txt"));
            objectOutputStream.writeObject(encryptUser);
            objectOutputStream.flush();
            ObjectInputStream objectInputStream=new ObjectInputStream(new FileInputStream("./EncryptUser.txt"));
            EncryptUser readObject = (EncryptUser)objectInputStream.readObject();
            System.out.println(readObject);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

注：因為JDK1.7之后ObjectOutputStream實現(xiàn)了AutoCloseable接口园欣，會在try方法結束之后帖世，自動關閉資源。

5. 對象屬性序列化

如果一個類有引用類型的實例變量沸枯，那么這個引用也要實現(xiàn)Serializable接口日矫，否則會出現(xiàn)：

引用屬性未實現(xiàn)序列化

可以使用transient關鍵字阻止該變量的序列化。

1.1.3 序列化的存儲

Java序列化機制為了節(jié)省磁盤空間绑榴，具有特定的存儲規(guī)則：當寫入文件為同一個對象時哪轿，并不會將對象的內容進行存儲，而是再次存儲一份引用翔怎。反序列化時窃诉，恢復引用關系杨耙。

序列化同一對象

public class RuleSerializable {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("user.inf"));
            User user = new User();
            user.setName("tom");
            oos.writeObject(user);
            oos.flush();
            System.out.println("第一次讀取的長度：" + new File("user.inf").length());
            //第二次序列化后修改數(shù)據(jù)
            user.setName("lili");
            oos.writeObject(user);
            oos.flush();
            System.out.println("第二次讀取的長度：" + new File("user.inf").length());

            ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("user.inf"));
            //反序列化
            User user1 = (User) objectInputStream.readObject();
            User user2 = (User) objectInputStream.readObject();
            System.out.println("兩個對象是否相等：" + (user1 == user2));
            System.out.println("反序列化的用戶名："+user1.getName());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

我們看到最后的結果是輸出tom，原因是第一次寫入對象以后飘痛，第二次在試圖寫入的時候硕旗，虛擬機根據(jù)引用關系知道已經有一個對象內容寫入文件阴绢，因此只保存第二次寫的引用。所以在讀取時，獲取的是第一次保存的對象立砸。

序列化同一對象

2. Protostuff序列化

我們看到Java內置的序列化API Serializable，但是效率不是很高的积仗。Google提供了一個效率很高的序列化API Protobuf擅编，但是使用過于復雜。開源社區(qū)在Protobuf的基礎上封裝出Protostuff萌庆，在不丟失效率的前提上溶褪，使用更加簡單。一般情況下践险，protostuff序列化后的數(shù)據(jù)大小是Serializable的1/10之一猿妈，速度更是兩個量級以上。

2.1 protostuff序列化簡單使用

MAVEN依賴

    <dependency>
            <groupId>io.protostuff</groupId>
            <artifactId>protostuff-runtime</artifactId>
            <version>1.6.0</version>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>io.protostuff</groupId>
            <artifactId>protostuff-core</artifactId>
            <version>1.6.0</version>
        </dependency>

序列化：

public static <T> byte[] serializer(T obj) {
        Class<T> clazz = (Class<T>) obj.getClass();
        //本質上是一個數(shù)組對象
        LinkedBuffer buffer = LinkedBuffer.allocate(LinkedBuffer.DEFAULT_BUFFER_SIZE);
        try {
            //獲取模板
            Schema<T> schema = RuntimeSchema.getSchema(clazz);
            //將Object對象裝換按照schema對象巍虫，轉化成byte[]對象
            byte[] bytes = ProtostuffIOUtil.toByteArray(obj, schema, buffer);
            return bytes;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("序列化失敗...");
        } finally {
            buffer.clear();
        }
    }
  1. 獲取傳入對象的class對象彭则；
  2. 獲取一個byte[]緩沖數(shù)組LinkBuffer；
  3. 根據(jù)class對象獲取Schema對象
  4. 將Object對象序列化成byte[]數(shù)組占遥；

反序列化：

public static <T> T deserializer(byte[] data, Class<T> clazz) {
        if (data == null || data.length == 0) {
            throw new RuntimeException("反序列化失敗俯抖，byte[]不能為空");
        }
        T obj = null;
        try {
            obj = clazz.newInstance();
            Schema<T> schema = RuntimeSchema.getSchema(clazz);
            ProtostuffIOUtil.mergeFrom(data, obj, schema);
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return obj;
    }
  1. 傳入byte[]數(shù)組和class對象；
  2. 通過反射初始化class對象瓦胎；
  3. 獲取Schema<T>對象芬萍；
  4. 將byte[]數(shù)組反序列化為Object對象；

注：RuntimeSchema.getSchema(clazz);實際上會將Schema<T>對象緩存搔啊。

2.2 protostuff定制開發(fā)

  1. 使用transient修飾就不用進行序列化柬祠；
  2. 定制序列化時，即用戶判斷什么情況下才進行序列化负芋，可以使用自定義Schema進行實現(xiàn)漫蛔。

1. 定義Java Bean類

此處使用了lombok插件，@Data標簽即實現(xiàn)get()和set()方法旧蛾；@Builder標簽實現(xiàn)了建造者設計模式莽龟，即靜態(tài)內部類實現(xiàn)建造者角色，客戶端進行導演者角色锨天。

//地址類
@Builder(toBuilder = true)
@Data
public class Address {
    private String address;
    private String phone;
}
//用戶類
@Data
@Builder
public class Person {
    private String name;
    private Integer age;
    //表明該字段不進行序列化
    private transient String password;
    private List<Address> addressList;
}

2. 自定義Address的Schema

用戶定制化的開發(fā)毯盈，此處實現(xiàn)簡單，當address為null時病袄，不進行序列化奶镶。

//自定義序列化模板
public class AddressSchema implements Schema<Address> {
    @Override
    public String getFieldName(int number) {
        String ret = "";
        switch (number) {
            case 1:
                ret = "address";
                break;
            case 2:
                ret = "phone";
                break;
            default:
                break;
        }

        return ret;
    }

    @Override
    public int getFieldNumber(String name) {
        if ("address".equals(name)) {
            return 1;
        } else if ("phone".equals(name)) {
            return 2;
        }
        return 0;
    }

    //若是地址為null的話迟赃，不允許序列化
    @Override
    public boolean isInitialized(Address message) {
        if (message == null) {
            return false;
        }
        return false;
    }

    @Override
    public Address newMessage() {
        return Address.builder().build();
    }

    @Override
    public String messageName() {
        return Address.class.getSimpleName();
    }

    @Override
    public String messageFullName() {
        return Address.class.getName();
    }

    @Override
    public Class<? super Address> typeClass() {
        return Address.class;
    }

    //反序列化（輸入流中讀取數(shù)據(jù)，寫入到message中）
    @Override
    public void mergeFrom(Input input, Address message) throws IOException {
        //在流中讀取數(shù)據(jù)（while循環(huán)）
        while (true) {
            int number = input.readFieldNumber(this);//傳入的是模板文件
            switch (number) {
                case 0:
                    return;
                case 1:
                    message.setAddress(input.readString());  //設置address值
                    break;
                case 2:
                    message.setPhone(input.readString());  //設置phone值
                    break;
                default:
                    input.handleUnknownField(number, this);
            }
        }
    }

    //序列化(將對象設置到序列化的輸出流中)
    @Override
    public void writeTo(Output output, Address message) throws IOException {
        if (message.getAddress() == null) {
            throw new UninitializedMessageException(message, this);
        }
        //屬性序號厂镇、屬性內容纤壁，是否允許重復
        output.writeString(1, message.getAddress(), false);
        if (null != message.getPhone()) {
            output.writeString(2, message.getPhone(), false);
        }
    }
}

3. 編寫測試代碼
當序列化bjAddress時，因為address字段為null捺信，禁止其序列化酌媒。

public class ProtoTest {
    public static void main(String[] args) {
        Address shAddress = Address.builder().address("上海").phone("123123").build();
        Address bjAddress = Address.builder().phone("XXX").build();
        Person person = Person.builder().name("yxr").password("123").age(25).
                addressList(Arrays.asList(shAddress, bjAddress)).build();
        //序列化
        Schema<Person> schema = RuntimeSchema.createFrom(Person.class);
        //創(chuàng)建緩沖區(qū)
        LinkedBuffer buffer = LinkedBuffer.allocate(1024);
        //直接序列化數(shù)組
        byte[] bytes = ProtostuffIOUtil.toByteArray(person, schema, buffer);
        System.out.println("序列化：" + Arrays.toString(bytes));
        //反序列化
        Schema<Person> newSchema = RuntimeSchema.getSchema(Person.class);
        Person newPerson = newSchema.newMessage();  //創(chuàng)建了一個person對象
        ProtostuffIOUtil.mergeFrom(bytes, newPerson, newSchema);
        System.out.println("反序列化：" + newPerson);
        buffer.clear();  //釋放資源
        //創(chuàng)建自定義的Schema對象
        Schema<Address> addressSchema = new AddressSchema();
        byte[] bjArray = ProtostuffIOUtil.toByteArray(bjAddress, addressSchema, buffer);
        System.out.println("Address序列化：" + bjAddress);
        buffer.clear();
        byte[] shArray = ProtostuffIOUtil.toByteArray(shAddress, addressSchema, buffer);
        System.out.println(shAddress);
        Address newAddress = addressSchema.newMessage();
        ProtostuffIOUtil.mergeFrom(shArray, newAddress, addressSchema);
        System.out.println("Address反序列化：" + newAddress);
        buffer.clear();
    }
}

推薦參考：

什么是writeObject 和readObject？可定制的Serializable序列化過程

Protostuff定制Schema開發(fā)

最后編輯于 ：
?著作權歸作者所有,轉載或內容合作請聯(lián)系作者
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