Java基础21-读懂Java序列化和反序列化(二)

简介: Java基础21-读懂Java序列化和反序列化(二)

Java基础21-读懂Java序列化和反序列化(一):https://developer.aliyun.com/article/1535745

探究ArrayList的序列化

ArrayList的序列化在介绍ArrayList序列化之前,先来考虑一个问题:

如何自定义的序列化和反序列化策略

带着这个问题,我们来看java.util.ArrayList的源码

    public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
            implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
    {
        private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
        transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
        private int size;
    }复制代码

笔者省略了其他成员变量,从上面的代码中可以知道ArrayList实现了java.io.Serializable接口,那么我们就可以对它进行序列化及反序列化。

因为elementData是transient的(1.8好像改掉了这一点),所以我们认为这个成员变量不会被序列化而保留下来。我们写一个Demo,验证一下我们的想法:

    public class ArrayList的序列化 {
        public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
            ArrayList list = new ArrayList();
            list.add("a");
            list.add("b");
            ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("arr"));
            objectOutputStream.writeObject(list);
            objectOutputStream.close();
            ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("arr"));
            ArrayList list1 = (ArrayList) objectInputStream.readObject();
            objectInputStream.close();
            System.out.println(Arrays.toString(list.toArray()));
            //序列化成功,里面的元素保持不变。
        }复制代码

了解ArrayList的人都知道,ArrayList底层是通过数组实现的。那么数组elementData其实就是用来保存列表中的元素的。通过该属性的声明方式我们知道,他是无法通过序列化持久化下来的。那么为什么code 4的结果却通过序列化和反序列化把List中的元素保留下来了呢?

writeObject和readObject方法

在ArrayList中定义了来个方法: writeObject和readObject。

这里先给出结论:

在序列化过程中,如果被序列化的类中定义了writeObject 和 readObject 方法,虚拟机会试图调用对象类里的 writeObject 和 readObject 方法,进行用户自定义的序列化和反序列化。

如果没有这样的方法,则默认调用是 ObjectOutputStream 的 defaultWriteObject 方法以及 ObjectInputStream 的 defaultReadObject 方法。

用户自定义的 writeObject 和 readObject 方法可以允许用户控制序列化的过程,比如可以在序列化的过程中动态改变序列化的数值。

来看一下这两个方法的具体实现:

    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
            throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
            elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;复制代码
            // Read in size, and any hidden stuff
            s.defaultReadObject();复制代码
            // Read in capacity
            s.readInt(); // ignored复制代码
            if (size > 0) {
                // be like clone(), allocate array based upon size not capacity
                ensureCapacityInternal(size);复制代码
                Object[] a = elementData;
                // Read in all elements in the proper order.
                for (int i=0; i<size; i++) {
                    a[i] = s.readObject();
                }
            }
        }
        复制代码
    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
            throws java.io.IOException{
            // Write out element count, and any hidden stuff
            int expectedModCount = modCount;
            s.defaultWriteObject();复制代码
            // Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()
            s.writeInt(size);复制代码
            // Write out all elements in the proper order.
            for (int i=0; i<size; i++) {
                s.writeObject(elementData[i]);
            }复制代码
            if (modCount != expectedModCount) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }复制代码

那么为什么ArrayList要用这种方式来实现序列化呢?

    why transient
    ArrayList实际上是动态数组,每次在放满以后自动增长设定的长度值,如果数组自动增长长度设为100,而实际只放了一个元素,那就会序列化99个null元素。为了保证在序列化的时候不会将这么多null同时进行序列化,ArrayList把元素数组设置为transient。复制代码
    why writeObject and readObject
    前面说过,为了防止一个包含大量空对象的数组被序列化,为了优化存储,所以,ArrayList使用transient来声明elementData。 但是,作为一个集合,在序列化过程中还必须保证其中的元素可以被持久化下来,所以,通过重写writeObject 和 readObject方法的方式把其中的元素保留下来。复制代码
    writeObject方法把elementData数组中的元素遍历的保存到输出流(ObjectOutputStream)中。复制代码
    readObject方法从输入流(ObjectInputStream)中读出对象并保存赋值到elementData数组中。
    
复制代码

如何自定义的序列化和反序列化策略

延续上一部分,刚刚我们明白了ArrayList序列化数组元素的原理。

至此,我们先试着来回答刚刚提出的问题:

如何自定义的序列化和反序列化策略

答:可以通过在被序列化的类中增加writeObject 和 readObject方法。那么问题又来了:

虽然ArrayList中写了writeObject 和 readObject 方法,但是这两个方法并没有显示的被调用啊。

那么如果一个类中包含writeObject 和 readObject 方法,那么这两个方法是怎么被调用的呢?

ObjectOutputStream从code 4中,我们可以看出,对象的序列化过程通过ObjectOutputStream和ObjectInputputStream来实现的,那么带着刚刚的问题,我们来分析一下ArrayList中的writeObject 和 readObject 方法到底是如何被调用的呢?

为了节省篇幅,这里给出ObjectOutputStream的writeObject的调用栈:

writeObject ---> writeObject0 --->writeOrdinaryObject--->writeSerialData--->invokeWriteObject

这里看一下invokeWriteObject:

    void invokeWriteObject(Object obj, ObjectOutputStream out)
            throws IOException, UnsupportedOperationException
        {
            if (writeObjectMethod != null) {
                try {
                    writeObjectMethod.invoke(obj, new Object[]{ out });
                } catch (InvocationTargetException ex) {
                    Throwable th = ex.getTargetException();
                    if (th instanceof IOException) {
                        throw (IOException) th;
                    } else {
                        throwMiscException(th);
                    }
                } catch (IllegalAccessException ex) {
                    // should not occur, as access checks have been suppressed
                    throw new InternalError(ex);
                }
            } else {
                throw new UnsupportedOperationException();
            }
        }
其中writeObjectMethod.invoke(obj, new Object[]{ out });是关键,通过反射的方式调用writeObjectMethod方法。官方是这么解释这个writeObjectMethod的:复制代码

class-defined writeObject method, or null if none

在我们的例子中,这个方法就是我们在ArrayList中定义的writeObject方法。通过反射的方式被调用了。

至此,我们先试着来回答刚刚提出的问题:

    如果一个类中包含writeObject 和 readObject 方法,那么这两个方法是怎么被调用的?复制代码
    答:在使用ObjectOutputStream的writeObject方法和ObjectInputStream的readObject方法时,会通过反射的方式调用。
    复制代码

为什么要实现Serializable

至此,我们已经介绍完了ArrayList的序列化方式。那么,不知道有没有人提出这样的疑问:

Serializable明明就是一个空的接口,它是怎么保证只有实现了该接口的方法才能进行序列化与反序列化的呢?

    Serializable接口的定义:复制代码
    public interface Serializable {
    }
    读者可以尝试把code 1中的继承Serializable的代码去掉,再执行code 2,会抛出java.io.NotSerializableException。复制代码

   public interface Serializable {

   }

   读者可以尝试把code 1中的继承Serializable的代码去掉,再执行code 2,会抛出java.io.NotSerializableException。复制代码

    writeObject ---> writeObject0 --->writeOrdinaryObject--->writeSerialData--->invokeWriteObject复制代码

writeObject0方法中有这么一段代码:

    if (obj instanceof String) {
                    writeString((String) obj, unshared);
                } else if (cl.isArray()) {
                    writeArray(obj, desc, unshared);
                } else if (obj instanceof Enum) {
                    writeEnum((Enum<?>) obj, desc, unshared);
                } else if (obj instanceof Serializable) {
                    writeOrdinaryObject(obj, desc, unshared);
                } else {
                    if (extendedDebugInfo) {
                        throw new NotSerializableException(
                            cl.getName() + "\n" + debugInfoStack.toString());
                    } else {
                        throw new NotSerializableException(cl.getName());
                    }
                }
在进行序列化操作时,会判断要被序列化的类是否是Enum、Array和Serializable类型,如果不是则直接抛出NotSerializableException。
复制代码

序列化知识点总结

1、如果一个类想被序列化,需要实现Serializable接口。否则将抛出NotSerializableException异常,这是因为,在序列化操作过程中会对类型进行检查,要求被序列化的类必须属于Enum、Array和Serializable类型其中的任何一种。

2、通过ObjectOutputStream和ObjectInputStream对对象进行序列化及反序列化

3、虚拟机是否允许反序列化,不仅取决于类路径和功能代码是否一致,一个非常重要的一点是两个类的序列化 ID 是否一致(就是 private static final long serialVersionUID)

序列化 ID 在 Eclipse 下提供了两种生成策略,一个是固定的 1L,一个是随机生成一个不重复的 long 类型数据(实际上是使用 JDK 工具生成),在这里有一个建议,如果没有特殊需求,就是用默认的 1L 就可以,这样可以确保代码一致时反序列化成功。那么随机生成的序列化 ID 有什么作用呢,有些时候,通过改变序列化 ID 可以用来限制某些用户的使用。

4、序列化并不保存静态变量。

5、要想将父类对象也序列化,就需要让父类也实现Serializable 接口。

6、Transient 关键字的作用是控制变量的序列化,在变量声明前加上该关键字,可以阻止该变量被序列化到文件中,在被反序列化后,transient 变量的值被设为初始值,如 int 型的是 0,对象型的是 null。

7、服务器端给客户端发送序列化对象数据,对象中有一些数据是敏感的,比如密码字符串等,希望对该密码字段在序列化时,进行加密,而客户端如果拥有解密的密钥,只有在客户端进行反序列化时,才可以对密码进行读取,这样可以一定程度保证序列化对象的数据安全。

8、在类中增加writeObject 和 readObject 方法可以实现自定义序列化策略


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