實(shí)際開(kāi)發(fā)中常用到序列化和反序列化的場(chǎng)景有：

• 遠(yuǎn)程方法調(diào)用（RPC）的框架里會(huì)用到序列化逝慧。
• 將對(duì)象存儲(chǔ)到文件中時(shí)昔脯，需要用到序列化。
• 將對(duì)象存儲(chǔ)到緩存數(shù)據(jù)庫(kù)（如 Redis）時(shí)需要用到序列化笛臣。
• 通過(guò)序列化和反序列化的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)象的深拷貝云稚。

3. 常見(jiàn)的序列化方式

常見(jiàn)的序列化方式包括 Java 原生序列化、Hessian 序列化沈堡、Kryo 序列化静陈、JSON 序列化等。

3.1 Java 原生序列化

正如前面章節(jié)講到的诞丽，對(duì)于 JDK 中有的類(lèi)鲸拥，最好的學(xué)習(xí)方式之一就是直接看其源碼。

Serializable 的源碼非常簡(jiǎn)單僧免，只有聲明刑赶，沒(méi)有屬性和方法：

// 注釋太長(zhǎng)，省略
public interface Serializable {
}

在學(xué)習(xí)源碼注釋之前懂衩，希望大家可以站在設(shè)計(jì)者的角度撞叨，先思考一個(gè)問(wèn)題：如果一個(gè)類(lèi)序列化到文件之后，類(lèi)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化還能否保證正確地反序列化呢浊洞？

答案顯然是不確定的牵敷。

那么如何判斷文件被修改過(guò)了呢？ 通撤ㄏ＃可以通過(guò)加密算法對(duì)其進(jìn)行簽名枷餐，文件作出任何修改簽名就會(huì)不一致。但是 Java 序列化的場(chǎng)景并不適合使用上述的方案苫亦，因?yàn)轭?lèi)文件的某些位置加個(gè)空格毛肋，換行等符號(hào)類(lèi)的結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變化，這個(gè)簽名就不應(yīng)該發(fā)生變化著觉。還有一個(gè)類(lèi)新增一個(gè)屬性村生，之前的屬性都是有值的，之前都被序列化到對(duì)象文件中饼丘，有些場(chǎng)景下還希望反序列化時(shí)可以正常解析趁桃，怎么辦呢？

那么是否可以通過(guò)約定一個(gè)唯一的 ID，通過(guò) ID 對(duì)比卫病，不一致就認(rèn)為不可反序列化呢油啤？

實(shí)現(xiàn)序列化接口后，如果開(kāi)發(fā)者不手動(dòng)指定該版本號(hào) ID 怎么辦蟀苛？

既然 Java 序列化場(chǎng)景下的 “簽名” 應(yīng)該根據(jù)類(lèi)的特點(diǎn)生成益咬，我們是否可以不指定序列化版本號(hào)就默認(rèn)根據(jù)類(lèi)名、屬性和函數(shù)等計(jì)算呢帜平？

如果針對(duì)某個(gè)自己定義的類(lèi)幽告，想自定義序列化和反序列化機(jī)制該如何實(shí)現(xiàn)呢？支持嗎裆甩？

帶著這些問(wèn)題我們繼續(xù)看序列化接口的注釋冗锁。

Serializable 的源碼注釋特別長(zhǎng)，其核心大致作了下面的說(shuō)明：

Java 原生序列化需要實(shí)現(xiàn) Serializable 接口嗤栓。序列化接口不包含任何方法和屬性等冻河，它只起到序列化標(biāo)識(shí)作用。

一個(gè)類(lèi)實(shí)現(xiàn)序列化接口則其子類(lèi)型也會(huì)繼承序列化能力茉帅，但是實(shí)現(xiàn)序列化接口的類(lèi)中有其他對(duì)象的引用叨叙，則其他對(duì)象也要實(shí)現(xiàn)序列化接口。序列化時(shí)如果拋出 NotSerializableException 異常堪澎，說(shuō)明該對(duì)象沒(méi)有實(shí)現(xiàn) Serializable 接口擂错。

每個(gè)序列化類(lèi)都有一個(gè)叫 serialVersionUID 的版本號(hào)，反序列化時(shí)會(huì)校驗(yàn)待反射的類(lèi)的序列化版本號(hào)和加載的序列化字節(jié)流中的版本號(hào)是否一致马昙，如果序列化號(hào)不一致則會(huì)拋出 InvalidClassException 異常刹悴。

強(qiáng)烈推薦每個(gè)序列化類(lèi)都手動(dòng)指定其 serialVersionUID，如果不手動(dòng)指定子房，那么編譯器會(huì)動(dòng)態(tài)生成默認(rèn)的序列化號(hào)证杭，因?yàn)檫@個(gè)默認(rèn)的序列化號(hào)和類(lèi)的特征以及編譯器的實(shí)現(xiàn)都有關(guān)系妒御，很容易在反序列化時(shí)拋出 InvalidClassException 異常乎莉。建議將這個(gè)序列化版本號(hào)聲明為私有奸笤，以避免運(yùn)行時(shí)被修改监右。

實(shí)現(xiàn)序列化接口的類(lèi)可以提供自定義的函數(shù)修改默認(rèn)的序列化和反序列化行為异希。

自定義序列化方法：

private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException;

自定義反序列化方法：

private void readObject(ObjectInputStream in) 
  throws IOException, ClassNotFoundException;

通過(guò)自定義這兩個(gè)函數(shù)称簿，可以實(shí)現(xiàn)序列化和反序列化不可序列化的屬性，也可以對(duì)序列化的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的加密和解密處理搏色。

3.2 Hessian 序列化

Hessian 是一個(gè)動(dòng)態(tài)類(lèi)型券册，二進(jìn)制序列化烁焙，也是一個(gè)基于對(duì)象傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議耕赘。Hessian 是一種跨語(yǔ)言的序列化方案操骡，序列化后的字節(jié)數(shù)更少，效率更高岔激。Hessian 序列化會(huì)把復(fù)雜對(duì)象的屬性映射到 Map 中再進(jìn)行序列化虑鼎。

3.3 Kryo 序列化

Kryo 是一個(gè)快速高效的 Java 序列化和克隆工具键痛。Kryo 的目標(biāo)是快速絮短、字節(jié)少和易用丁频。Kryo 還可以自動(dòng)進(jìn)行深拷貝或者淺拷貝扔嵌。Kryo 的拷貝是對(duì)象到對(duì)象的拷貝而不是對(duì)象到字節(jié)痢缎，再?gòu)淖止?jié)到對(duì)象的恢復(fù)独旷。Kryo 為了保證序列化的高效率寥裂，會(huì)提前加載需要的類(lèi)封恰，這會(huì)帶一些消耗，但是這是序列化后文件較小且反序列化非潮畈快的重要原因低飒。

3.4 JSON 序列化

JSON (JavaScript Object Notation) 是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換方式糕档。JSON 序列化是基于 JSON 這種結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的速那。JSON 序列化將對(duì)象轉(zhuǎn)化成 JSON 字符串尿背，JSON 反序列化則是將 JSON 字符串轉(zhuǎn)回對(duì)象的過(guò)程榆俺。常用的 JSON 序列化和反序列化的庫(kù)有 Jackson茴晋、GSON回窘、Fastjson 等啡直。

4.Java 常見(jiàn)的序列化方案對(duì)比

我們想要對(duì)比各種序列化方案的優(yōu)劣無(wú)外乎兩點(diǎn)撮执，一點(diǎn)是查資料抒钱，一點(diǎn)是自己寫(xiě)代碼驗(yàn)證谋币。

4.1 Java 原生序列化

Java 序列化的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)描述清晰蕾额，反序列化更安全。主要缺點(diǎn)是：效率低退个，序列化后的二進(jìn)制流較大。

4.2 Hessian 序列化

Hession 序列化二進(jìn)制流較 Java 序列化更小习柠，且序列化和反序列化耗時(shí)更短资溃。但是父類(lèi)和子類(lèi)有相同類(lèi)型屬性時(shí)，由于先序列化子類(lèi)再序列化父類(lèi)垫毙，因此反序列化時(shí)子類(lèi)的同名屬性會(huì)被父類(lèi)的值覆蓋掉，開(kāi)發(fā)時(shí)要特別注意這種情況猎拨。

Hession2.0 序列化二進(jìn)制流大小是 Java 序列化的 50%额各，序列化耗時(shí)是 Java 序列化的 30%蛉加，反序列化的耗時(shí)是 Java 序列化的 20%。 ³

編寫(xiě)待測(cè)試的類(lèi)：

@Data
public class PersonHessian implements Serializable {
    private Long id;
    private String name;
    private Boolean male;
}

@Data
public class Male extends PersonHessian {
    private Long id;
}

編寫(xiě)單測(cè)來(lái)模擬序列化繼承覆蓋問(wèn)題：

/**
 * 驗(yàn)證Hessian序列化繼承覆蓋問(wèn)題
 */
@Test
public void testHessianSerial() throws IOException {
    HessianSerialUtil.writeObject(file, male);
    Male maleGet = HessianSerialUtil.readObject(file);
    // 相等
    Assert.assertEquals(male.getName(), maleGet.getName());
    // male.getId()結(jié)果是1，maleGet.getId()結(jié)果是null
    Assert.assertNull(maleGet.getId());
    Assert.assertNotEquals(male.getId(), maleGet);
}

上述單測(cè)示例驗(yàn)證了：反序列化時(shí)子類(lèi)的同名屬性會(huì)被父類(lèi)的值覆蓋掉的問(wèn)題。

4.3 Kryo 序列化

Kryo 優(yōu)點(diǎn)是：速度快蹂风、序列化后二進(jìn)制流體積小、反序列化超快。但是缺點(diǎn)是：跨語(yǔ)言支持復(fù)雜趋距。注冊(cè)模式序列化更快，但是編程更加復(fù)雜翼雀。

4.4 JSON 序列化

JSON 序列化的優(yōu)勢(shì)在于可讀性更強(qiáng)肋殴。主要缺點(diǎn)是：沒(méi)有攜帶類(lèi)型信息官地，只有提供了準(zhǔn)確的類(lèi)型信息才能準(zhǔn)確地進(jìn)行反序列化赤炒，這點(diǎn)也特別容易引發(fā)線(xiàn)上問(wèn)題。

下面給出使用 Gson 框架模擬 JSON 序列化時(shí)遇到的反序列化問(wèn)題的示例代碼：

/**
 * 驗(yàn)證GSON序列化類(lèi)型錯(cuò)誤
 */
@Test
public void testGSON() {
    Map<String, Object> map = new HashMap<>();
    final String name = "name";
    final String id = "id";
    map.put(name, "張三");
    map.put(id, 20L);

    String jsonString = GSONSerialUtil.getJsonString(map);
    Map<String, Object> mapGSON = GSONSerialUtil.parseJson(jsonString, Map.class);
    // 正確
    Assert.assertEquals(map.get(name), mapGSON.get(name));
    // 不等  map.get(id)為L(zhǎng)ong類(lèi)型 mapGSON.get(id)為Double類(lèi)型
    Assert.assertNotEquals(map.get(id).getClass(), mapGSON.get(id).getClass());
    Assert.assertNotEquals(map.get(id), mapGSON.get(id));
}

下面給出使用 fastjson 模擬 JSON 反序列化問(wèn)題的示例代碼：

/**
 * 驗(yàn)證FatJson序列化類(lèi)型錯(cuò)誤
 */
@Test
public void testFastJson() {
    Map<String, Object> map = new HashMap<>();
    final String name = "name";
    final String id = "id";
    map.put(name, "張三");
    map.put(id, 20L);

    String fastJsonString = FastJsonUtil.getJsonString(map);
    Map<String, Object> mapFastJson = FastJsonUtil.parseJson(fastJsonString, Map.class);

    // 正確
    Assert.assertEquals(map.get(name), mapFastJson.get(name));
    // 錯(cuò)誤  map.get(id)為L(zhǎng)ong類(lèi)型 mapFastJson.get(id)為Integer類(lèi)型
    Assert.assertNotEquals(map.get(id).getClass(), mapFastJson.get(id).getClass());
    Assert.assertNotEquals(map.get(id), mapFastJson.get(id));
}

大家還可以通過(guò)單元測(cè)試構(gòu)造大量復(fù)雜對(duì)象對(duì)比各種序列化方式或框架的效率巡通。

如定義下列測(cè)試類(lèi)為 User誊锭，包括以下多種類(lèi)型的屬性：

@Data
public class User implements Serializable {
    private Long id;
    private String name;
    private Integer age;
    private Boolean sex;
    private String nickName;
    private Date birthDay;
    private Double salary;
}

4.5 各種常見(jiàn)的序列化性能排序

實(shí)驗(yàn)的版本：kryo-shaded 使用 4.0.2 版本叉讥，gson 使用 2.8.5 版本，hessian 用 4.0.62 版本。

實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)：構(gòu)造 50 萬(wàn) User 對(duì)象運(yùn)行多次六孵。

大致得出一個(gè)結(jié)論：

• 從二進(jìn)制流大小來(lái)講：JSON 序列化 > Java 序列化 > Hessian2 序列化 > Kryo 序列化 > Kryo 序列化注冊(cè)模式劫窒；
• 從序列化耗時(shí)而言來(lái)講：GSON 序列化 > Java 序列化 > Kryo 序列化 > Hessian2 序列化 > Kryo 序列化注冊(cè)模式孕索；
• 從反序列化耗時(shí)而言來(lái)講：GSON 序列化 > Java 序列化 > Hessian2 序列化 > Kryo 序列化注冊(cè)模式 > Kryo 序列化散怖；
• 從總耗時(shí)而言：Kryo 序列化注冊(cè)模式耗時(shí)最短。

注：由于所用的序列化框架版本不同欠动，對(duì)象的復(fù)雜程度不同，環(huán)境和計(jì)算機(jī)性能差異等原因結(jié)果可能會(huì)有出入碗脊。

5. 序列化引發(fā)的一個(gè)血案

接下來(lái)我們看下面的一個(gè)案例：

前端調(diào)用服務(wù) A祈坠，服務(wù) A 調(diào)用服務(wù) B，服務(wù) B 首次接到請(qǐng)求會(huì)查 DB躺同，然后緩存到 Redis（緩存 1 個(gè)小時(shí)）捎谨。服務(wù) A 根據(jù)服務(wù) B 返回的數(shù)據(jù)后執(zhí)行一些處理邏輯涛救，處理后形成新的對(duì)象存到 Redis（緩存 2 個(gè)小時(shí)）棵红。

服務(wù) A 通過(guò) Dubbo 來(lái)調(diào)用服務(wù) B致板，A 和 B 之間數(shù)據(jù)通過(guò) Map<String,Object> 類(lèi)型傳輸，服務(wù) B 使用 Fastjson 來(lái)實(shí)現(xiàn) JSON 的序列化和反序列化御毅。

服務(wù) B 的接口返回的 Map 值中存在一個(gè) Long 類(lèi)型的 id 字段，服務(wù) A 獲取到 Map 柔袁，取出 id 字段并強(qiáng)轉(zhuǎn)為 Long 類(lèi)型使用插掂。

執(zhí)行的流程如下：

通過(guò)分析我們發(fā)現(xiàn)，服務(wù) A 和服務(wù) B 的 RPC 調(diào)用使用 Java 序列化，因此類(lèi)型信息不會(huì)丟失捐凭。

但是由于服務(wù) B 采用 JSON 序列化進(jìn)行緩存垦梆，第一次訪(fǎng)問(wèn)沒(méi)啥問(wèn)題，其執(zhí)行流程如下：

圖片描述

如果服務(wù) A 開(kāi)啟了緩存，服務(wù) A 在第一次請(qǐng)求服務(wù) B 后，緩存了運(yùn)算結(jié)果晃琳，且服務(wù) A 緩存時(shí)間比服務(wù) B 長(zhǎng)人灼，因此不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤适贸。

圖片描述

如果服務(wù) A 不開(kāi)啟緩存蕊肥，服務(wù) A 會(huì)請(qǐng)求服務(wù) B ，由于首次請(qǐng)求時(shí)，服務(wù) B 已經(jīng)緩存了數(shù)據(jù)，服務(wù) B 從 Redis（B）中反序列化得到 Map惊完。流程如下圖所示：

然而問(wèn)題來(lái)了： 服務(wù) A 從 Map 取出此 Id 字段小槐，強(qiáng)轉(zhuǎn)為 Long 時(shí)會(huì)出現(xiàn)類(lèi)型轉(zhuǎn)換異常。

最后定位到原因是 Json 反序列化 Map 時(shí)如果原始值小于 Int 最大值凿跳，反序列化后原本為 Long 類(lèi)型的字段，變?yōu)榱?Integer 類(lèi)型茧彤，服務(wù) B 的同學(xué)緊急修復(fù)疆栏。

服務(wù) A 開(kāi)啟緩存時(shí)， 雖然采用了 JSON 序列化存入緩存壁顶，但是采用 DTO 對(duì)象而不是 Map 來(lái)存放屬性若专，所以 JSON 反序列化沒(méi)有問(wèn)題。

因此大家使用二方或者三方服務(wù)時(shí)调衰，當(dāng)對(duì)方返回的是 Map<String,Object> 類(lèi)型的數(shù)據(jù)時(shí)要特別注意這個(gè)問(wèn)題。

作為服務(wù)提供方米酬，可以采用 JDK 或者 Hessian 等序列化方式趋箩；

作為服務(wù)的使用方琼懊，我們不要從 Map 中一個(gè)字段一個(gè)字段獲取和轉(zhuǎn)換爬早，可以使用 JSON 庫(kù)直接將 Map 映射成所需的對(duì)象启妹，這樣做不僅代碼更簡(jiǎn)潔還可以避免強(qiáng)轉(zhuǎn)失敗。

代碼示例：

@Test
public void testFastJsonObject() {
    Map<String, Object> map = new HashMap<>();
    final String name = "name";
    final String id = "id";
    map.put(name, "張三");
    map.put(id, 20L);

    String fastJsonString = FastJsonUtil.getJsonString(map);
    // 模擬拿到服務(wù)B的數(shù)據(jù)
    Map<String, Object> mapFastJson = FastJsonUtil.parseJson(fastJsonString,map.getClass());
    // 轉(zhuǎn)成強(qiáng)類(lèi)型屬性的對(duì)象而不是使用map 單個(gè)取值
    User user = new JSONObject(mapFastJson).toJavaObject(User.class);
    // 正確
    Assert.assertEquals(map.get(name), user.getName());
    // 正確
    Assert.assertEquals(map.get(id), user.getId());
}

6. 總結(jié)

本節(jié)的主要講解了序列化的主要概念桨啃、主要實(shí)現(xiàn)方式檬输，以及序列化和反序列化的幾個(gè)坑點(diǎn)，希望大家在實(shí)際業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)中能夠注意這些細(xì)節(jié)丧慈，避免趟坑。

下一節(jié)將講述淺拷貝和深拷貝的相關(guān)知識(shí)鹃愤。

7. 課后題

給出一個(gè) PersonTransit 類(lèi)完域，一個(gè) Address 類(lèi)，假設(shè) Address 是其它 jar 包中的類(lèi)凹耙，沒(méi)實(shí)現(xiàn)序列化接口肠仪。請(qǐng)使用今天講述的自定義的函數(shù) writeObject 和 readObject 函數(shù)實(shí)現(xiàn) PersonTransit 對(duì)象的序列化，要求反序列化后 address 的值正常藤韵。

@Data
public class PersonTransit implements Serializable {

    private Long id;
    private String name;
    private Boolean male;
    private List<PersonTransit> friends;
    private Address address;
}

@Data
@AllArgsConstructor
public class Address {
    private String detail;
  }

參考資料

1. 阿里巴巴與 Java 社區(qū)開(kāi)發(fā)者.《 Java 開(kāi)發(fā)手冊(cè) 1.5.0》華山版. 2019. 9 ??

2. [美] Randal E.Bryant/ David O’Hallaron.《深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》. [譯] 龔奕利泽艘，賀蓮。機(jī)械工業(yè)出版社. 2016 ??

3. 楊冠寶匹涮。高海慧.《碼出高效：Java 開(kāi)發(fā)手冊(cè)》. 電子工業(yè)出版社. 2018 ??