作者簡(jiǎn)介：ASCE1885浩村， 《Android 高級(jí)進(jìn)階》作者。
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貓

數(shù)據(jù)序列化在 Android 應(yīng)用開發(fā)中占據(jù)著舉足輕重的位置怎燥，無論是進(jìn)程間通信瘫筐，本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊阮硪Γ茧x不開序列化的支持策肝。針對(duì)不同場(chǎng)景選擇正確的序列化方案，對(duì)應(yīng)用的性能有著極大的影響隐绵。

廣義上講之众，序列化是將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者對(duì)象轉(zhuǎn)換成可用于存儲(chǔ)或者傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式的過程，在序列化期間依许，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者對(duì)象將其狀態(tài)信息寫入到臨時(shí)或者持久性存儲(chǔ)區(qū)中棺禾；反序列化是將序列化過程中生成的數(shù)據(jù)還原成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者對(duì)象的過程。Android 應(yīng)用開發(fā)有很多種可選的序列化和反序列化方案峭跳，我們?cè)凇禔ndroid 高級(jí)進(jìn)階》一書的《Android 數(shù)據(jù)序列化方案研究》一節(jié)已經(jīng)做過介紹膘婶。在正式開始 Serial 相關(guān)內(nèi)容之前，這里我們先來簡(jiǎn)單回顧一下幾個(gè)跟本文主題密切相關(guān)的序列化方式蛀醉。

序列化基礎(chǔ)

Serializable

Serializable 是 Java 語言的特性悬襟，它是最簡(jiǎn)單的也是使用最廣泛的序列化方案之一，只有實(shí)現(xiàn)了 Serializable 接口的 Java 對(duì)象才可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)建的序列化拯刁，這種類型的序列化是將 Java 對(duì)象轉(zhuǎn)換成字節(jié)序列的過程脊岳，而反序列化則是將字節(jié)序列恢復(fù)成 Java 對(duì)象的過程。

public interface Serializable {
}

Serializable 接口是一種標(biāo)識(shí)接口垛玻，也就是無需實(shí)現(xiàn)方法逸绎，Java 便會(huì)對(duì)這個(gè)對(duì)象進(jìn)行序列化操作。它的缺點(diǎn)是使用反射機(jī)制夭谤，在序列化的過程中會(huì)創(chuàng)建很多臨時(shí)對(duì)象棺牧，容易觸發(fā)垃圾回收，序列化的過程比較慢朗儒，對(duì)于性能要求很嚴(yán)格的場(chǎng)景不建議使用這種方案颊乘。

Externalizable

Externalizable 接口繼承自 Serializable 接口，并定義了 writeExternal 和 readExternal 這兩個(gè)方法醉锄，從而讓開發(fā)者對(duì)序列化過程擁有更多的控制權(quán)乏悄，方便的實(shí)現(xiàn)自定義操作，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)一些使用 Serializable 接口無法實(shí)現(xiàn)的功能恳不，例如實(shí)現(xiàn) Serializable 接口的對(duì)象檩小，其中 static 和 transient 類型的成員變量默認(rèn)是不會(huì)被序列化的，而通過實(shí)現(xiàn) Externalizable 接口開發(fā)者可以對(duì) static 和 transient 類型的成員變量進(jìn)行手動(dòng)序列化的烟勋。

public interface Externalizable extends java.io.Serializable {
    void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException;
    void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException;
}

當(dāng)然规求，Externalizable 接口的序列化機(jī)制跟 Serializable 接口一樣筐付，都是基于反射機(jī)制的，性能方面也是比較差的。

Parcelable

前面兩種序列化方式都是 Java 內(nèi)置的接口，可以將對(duì)象序列化到磁盤文件构订，數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡(luò)等较解。到了 Android 平臺(tái)，為了實(shí)現(xiàn) Android 應(yīng)用內(nèi)以及應(yīng)用間（基于 AIDL）高效的數(shù)據(jù)傳輸赴邻，Android 設(shè)計(jì)了 Parcelable 接口印衔，需要注意的是，Parcelable 只支持內(nèi)存方式的序列化姥敛，不能將對(duì)象序列化到磁盤等介質(zhì)当编。

public interface Parcelable {
    public static final int PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE = 0x0001;
    public static final int CONTENTS_FILE_DESCRIPTOR = 0x0001;
    
    public int describeContents();
    public void writeToParcel(Parcel dest, int flags);
    public interface Creator<T> {
        public T createFromParcel(Parcel source);
        public T[] newArray(int size);
    }
    public interface ClassLoaderCreator<T> extends Creator<T> {
        public T createFromParcel(Parcel source, ClassLoader loader);
    }
}

因此，Serial 跟 Serializable（Externalizable）的關(guān)鍵區(qū)別是性能徒溪，跟 Parcelable 的關(guān)鍵區(qū)別是能夠序列化到的介質(zhì)。

Serial 的特性

Android 應(yīng)用的流暢度是影響用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵性能指標(biāo)之一金顿，沒有用戶會(huì)喜歡使用起來卡頓的應(yīng)用臊泌。具體到 Twitter 的 Android 端應(yīng)用，經(jīng)過性能剖析揍拆，他們的開發(fā)者發(fā)現(xiàn)渠概，使用標(biāo)準(zhǔn)的 Android Externalizable 接口實(shí)現(xiàn)的 Java 對(duì)象和數(shù)據(jù)庫之間的序列化和反序列化所花的時(shí)間占 UI 線程時(shí)間的 15% 左右，這使得 Twitter 時(shí)間軸滾動(dòng)的流暢度受到對(duì)象序列化的嚴(yán)重影響∩┧現(xiàn)有的對(duì)象序列化開源庫對(duì)對(duì)象的迭代式修改提供的支持有限播揪，任何可能破壞對(duì)象序列化的修改都會(huì)引入難以定位的 bugs，修復(fù)起來也非常困難筒狠，除非清除數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)猪狈。因此，Twitter 研發(fā)并于近期推出了 Serial辩恼，一個(gè)開源的基于 Java 平臺(tái)的輕量級(jí)對(duì)象序列化框架（同時(shí)支持 Android 平臺(tái)）雇庙。

Serial 解決了傳統(tǒng) Android 序列化函數(shù)庫的以下四大痛點(diǎn)：

• 性能：緩慢的序列化直接影響用戶體驗(yàn)
• 可調(diào)試性：當(dāng)序列化后的數(shù)據(jù)中存在 bugs 時(shí)，調(diào)試信息不足以定位問題的原因
• 向后兼容性：在不完全清除序列化后數(shù)據(jù)的前提下灶伊，Android 提供的序列化函數(shù)庫幾乎不支持對(duì)序列化對(duì)象進(jìn)行修改疆前，這使得對(duì)象屬性的迭代升級(jí)變得困難
• 靈活性：序列化函數(shù)庫的使用應(yīng)該對(duì)現(xiàn)有代碼和模型類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)侵入性小

雖然現(xiàn)有的一些 Java 序列化函數(shù)庫像 Kryo 和 Flatbuffer 嘗試解決上面一些痛點(diǎn)，但這些函數(shù)庫重點(diǎn)在對(duì)性能和向后兼容性的支持上聘萨，通常忽略了對(duì)可調(diào)試性和靈活性的支持竹椒，例如為了在項(xiàng)目中使用這些函數(shù)庫，通常需要對(duì)現(xiàn)有代碼庫作較大的改動(dòng)米辐。

使用 Java 的 Externalizable 類實(shí)現(xiàn)序列化時(shí)胸完，類相關(guān)信息例如類名和包名书释，會(huì)被添加進(jìn)序列化后生成的二進(jìn)制數(shù)據(jù)中。這樣舶吗，Java 平臺(tái)才能根據(jù)這些信息在反序列化時(shí)通過反射機(jī)制還原這個(gè)對(duì)象征冷，但同時(shí)這是一個(gè)非常耗時(shí)的操作。為了解決這個(gè)問題誓琼，Serial 通過規(guī)范開發(fā)者為每個(gè)需要序列化的對(duì)象實(shí)現(xiàn) Serializer 內(nèi)部類检激，并明確列舉哪些屬性需要序列化和反序列化，從而摒棄了反射機(jī)制和動(dòng)態(tài)查找的使用腹侣。

使用 Serial 對(duì)一個(gè)大對(duì)象進(jìn)行序列化和反序列化測(cè)試叔收，和 Externalizable 方式相比，初步的性能指標(biāo)如下所示：

• 序列化速度提升 5 倍傲隶，反序列化速度提升 2.5 倍
• 序列化后生成的數(shù)據(jù)字節(jié)大小約等于原來的 1/5

Serial 的基本用法

Serial 的使用很簡(jiǎn)單饺律，首先我們?yōu)槊總€(gè)需要序列化的類定義一個(gè) Serializer，它通常是以靜態(tài)內(nèi)部類的形式存在跺株，并通過定義名為 SERIALIZER 的靜態(tài)變量來訪問它复濒。Serializer 要求開發(fā)者顯式的對(duì)序列化類中的屬性進(jìn)行讀寫，如果是原始數(shù)據(jù)類型乒省，那么直接讀寫即可巧颈，如果是對(duì)象類型則遞歸調(diào)用該對(duì)象中定義的 Serializer 來讀寫。Serializer 在讀寫對(duì)象類型和字符串類型時(shí)能自動(dòng)處理 null 對(duì)象袖扛。下面的例子中砸泛，我們?cè)?ExampleObject 類中定義了一個(gè)繼承自 ObjectSerializer 的 Serializer 內(nèi)部類，并重寫 serializeObject 和 deserializeObject 方法分別實(shí)現(xiàn)自定義的序列化和反序列化蛆封。

public static class ExampleObject {

    // 序列化時(shí)會(huì)使用到這個(gè)靜態(tài)變量
    public static final ObjectSerializer<ExampleObject> SERIALIZER = new ExampleObjectSerializer();

    public final int num;
    public final SubObject obj;

    public ExampleObject(int num, @NotNull SubObject obj) {
        this.num = num;
        this.obj = obj;
    }

    ...

    private static final ExampleObjectSerializer extends ObjectSerializer<ExampleObject> {
        // 自定義序列化操作
        @Override
        protected void serializeObject(@NotNull SerializerOutput output,
                @NotNull ExampleObject object) throws IOException {
            output.writeInt(object.num)
                .writeObject(object.obj, SubObject.SERIALIZER);
        }

        // 自定義反序列化操作
        @Override
        @NotNull
        protected ExampleObject deserializeObject(@NotNull SerializerInput input,
                int versionNumber) throws IOException, ClassNotFoundException {
            final int num = input.readInt();
            final SubObject obj = input.readObject(SubObject.SERIALIZER);
            return new ExampleObject(num, obj);
        }
    }
}

上面這個(gè)例子 ExampleObject 是通過構(gòu)造方法初始化的唇礁，但有的時(shí)候，我們會(huì)使用 Builder 模式來實(shí)例化一個(gè)類（詳情可以參見《Android 高級(jí)進(jìn)階》一書的《Builder 模式詳解》一節(jié)）惨篱；又或者在 Serial 中要實(shí)現(xiàn)對(duì)象的迭代式修改盏筐，這時(shí)候我們的 Serializer 類就不能繼承 ObjectSerializer，而應(yīng)該繼承 BuilderSerializer 類砸讳，并重寫 createBuilder机断，serializeObject 和 deserializeToBuilder 這三個(gè)方法。

public static class ExampleObject {
    ...

    public ExampleObject(@NotNull Builder builder) {
        this.num = builder.mNum;
        this.obj = builder.mObj;
    }

    ...

    public static Builder extends ModelBuilder<ExampleObject> {
        ...
    }

    private static final ExampleObjectSerializer extends BuilderSerializer<ExampleObject, Builder> {
        @Override
        @NotNull
        protected Builder createBuilder() {
            return new Builder();
        }

        @Override
        protected void serializeObject(@NotNull SerializerOutput output,
                @NotNull ExampleObject object) throws IOException {
            output.writeInt(object.num)
                .writeObject(object.obj, SubObject.SERIALIZER);
        }

         @Override
        protected void deserializeToBuilder(@NotNull SerializerInput input,
                @NotNull Builder builder, int versionNumber) throws IOException, ClassNotFoundException {
            builder.setNum(input.readInt())
                .setObj(input.readObject(SubObject.SERIALIZER));
        }
    }
}