【Java基础】序列化与反序列化深入分析（上）-阿里云开发者社区

一、前言

　　复习Java基础知识点的序列化与反序列化过程，整理了如下学习笔记。

二、为什么需要序列化与反序列化

　　程序运行时，只要需要，对象可以一直存在，并且我们可以随时访问对象的一些状态信息，如果程序终止，那么对象是肯定不会存在的，但是有时候，我们需要再程序终止时保存对象的状态信息，之后程序再次运行时可以重新恢复到之前的状态，如，玩家玩游戏退出时，需要保存玩家的状态信息（如等级、装备等等），之后玩家再此登入时，必须要恢复这些状态信息。我们可以通过数据库手段来达到这个保存状态的目的，在Java中，我们有更简便的方法进行处理，那就是序列化与反序列化。序列化是一种对象持久化的手段，反序列化与序列化相反，其是通过序列化后的信息重新组装成对象。序列化与反序列化普遍应用在网络传输、RMI等场景中。

三、序列化概述

　　3.1 序列化类结构图

　　下面展示了与序列化相关的类的结构图

　说明：虚线框的表示接口类型，实线框表示具体的类。

　　3.2 序列化关键字说明

　　与序列化相关的关键字如下

　说明：

　　1. 关键字transient，用来修饰字段，表示此字段在默认序列化过程中不会被处理，但是可以采用另外的手段进行处理。

　　2. 关键字serialVersionUID，表示序列化版本号，当两个类的序列化ID一致时允许反序列化，默认可以采用编译器提供的值1L。

　　3.3 序列化方法说明

　　与序列化相关的方法如下

说明：writeObject与readObject方法分别在ObjectOutput接口与ObjectInput接口中声明，在ObjectOutputStream与ObjectInputStream中实现。

四、Serializable

　　4.1 Serializable定义

　　Serializable定义如下　

public interface Serializable {
}

说明：Serializable为一个接口，并且没有任何字段和方法，仅仅作为一个标识。

　　4.2 使用说明

　　当序列化对象时，只需要将对象标记为可序列化，即实现接口Serializable即可。下面的Person类实现了Serializable接口。　

package com.hust.grid.leesf.serializable;
import java.io.Serializable;
public class Person implements Serializable {
    /**
     * 
     */
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String name;
    private String gender;
    private int age;
    private transient Person friend;
    public Person() {
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getGender() {
        return gender;
    }
    public void setGender(String gender) {
        this.gender = gender;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public Person getFriend() {
        return friend;
    }
    public void setFriend(Person friend) {
        this.friend = friend;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "name = " + name + ", gender = " + gender + ", age = " + age
                + ", friend info is [" + friend + "]";
    }
}

　Person类的friend字段设置为transient，表明不会被序列化，定义完Person类之后，我们即可以对Person类进行序列化与反序列化操作了，具体代码如下

package com.hust.grid.leesf.serializable;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
public class SerializableDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Person leesf = new Person();
        Person dyd = new Person();
        leesf.setAge(24);
        leesf.setGender("man");
        leesf.setName("leesf");
        dyd.setAge(24);
        dyd.setGender("woman");
        dyd.setName("dyd");    
        leesf.setFriend(dyd);
        dyd.setFriend(null);
        File file = new File("test");
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
        oos.writeObject(leesf);
        oos.flush();
        oos.close();
        System.out.println(leesf);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        leesf = (Person) ois.readObject();
        ois.close();    
        System.out.println(leesf);    
    }
}

　运行结果如下　　

name = leesf, gender = man, age = 24, friend info is [name = dyd, gender = woman, age = 24, friend info is [null]]
name = leesf, gender = man, age = 24, friend info is [null]

　　　说明：由于friend字段标记为transient，则默认序列化操作时不会进行序列化，反序列化后其值为null。

　　4.3 问题说明

　　1. Person类不实现Serializable接口

　　若Person类不实现Serializable接口，进行序列化时，会发生什么，会出现如下异常。

Exception in thread "main" java.io.NotSerializableException:****

表示Person没有实现Serializable接口，具体原因如下

　　在调用writeObject方法后，会经过一系列的调用，具体的调用栈如下

　说明：截取了writeObject0函数中的一段代码，可以看到会检查该对象是否是Serializable类型，不是，则会抛出异常。

　　2. 处理transient对象

　　当字段被transient修饰时，采用默认的序列化机制将不会对其进行处理，但是，如果要序列化transient字段时，如何做呢，可以在要进行序列化的类中添加writeObject和readObject方法，其方法签名如下　

private void writeObject(ObjectOutputStream stream) throws IOException
private void readObject(ObjectInputStream stream) throws IOException, ClassNotFoundException

说明：注意，writeObject与readObject是采用private修饰符修饰的，说明，此方法只能在该类的其他方法中被调用，其他类中不能调用此方法，那么当调用ObjectOutputStream的writeObject方法时，如何调用到此方法来执行用户自定义处理逻辑的呢，答案是反射。利用反射可以在别的类中调用到此类中私有的方法，反射很强大。

利用这个方法，我们修改Person类如下　　

package com.hust.grid.leesf.serializable;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;
public class Person implements Serializable {
    /**
     * 
     */
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String name;
    private String gender;
    private int age;
    private transient Person friend;
    public Person() {
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getGender() {
        return gender;
    }
    public void setGender(String gender) {
        this.gender = gender;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public Person getFriend() {
        return friend;
    }
    public void setFriend(Person friend) {
        this.friend = friend;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "name = " + name + ", gender = " + gender + ", age = " + age
                + ", friend info is [" + friend + "]";
    }
    private void writeObject(ObjectOutputStream stream) 
            throws IOException {
        stream.defaultWriteObject();
        stream.writeObject(friend);
    }
    private void readObject(ObjectInputStream stream) 
            throws IOException, ClassNotFoundException {
        stream.defaultReadObject();
        friend = (Person) stream.readObject();
    }
}

　测试类的代码不做修改，运行结果如下　　

name = leesf, gender = man, age = 24, friend info is [name = dyd, gender = woman, age = 24, friend info is [null]]
name = leesf, gender = man, age = 24, friend info is [name = dyd, gender = woman, age = 24, friend info is [null]]

说明：在实现自定义的逻辑时，在writeObject方法中可以调用defaultWriteObject()方法实现默认序列化(序列化非transient字段)，可以单独处理transient关键字；在readObject方法中可以调用defaultReadObject()方法实现默认反序列化，可以单独处理transient关键字（需要赋值）。值得注意的是，writeObject方法中defaultWriteObject和处理transient关键字的逻辑必须与readObject中defaultReadObject和处理transient关键字的逻辑顺序一致，否则会抛出异常。

　　在调用writeObject方法后，会经过一系列的调用，具体的调用栈如下

　说明：经过反射，最终会调用到在Person类中定义的writeObject方法。readObject方法的调用可以以此类比，不再累赘。

五、Externalizable

　　除了使用Serializable接口进行序列化以外，还可以使用Externalizable接口来进行序列化。

　　5.1 Externalizable定义

　　Externalizable的定义如下　

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

　说明：Externalizable实现了Serializable接口，并且添加了两个方法writeExternal与readExternal，需要序列化的类需要实现Externalizable接口，并且重写接口中定义的两个方法。

　　5.2 使用说明

　　首先将序列化的类实现Externalizable接口并且重写writeExternal与readExternal方法，并在这两个方法中实现处理逻辑。我们定义Person类如下

package com.hust.grid.leesf.serializable;
import java.io.Externalizable;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInput;
import java.io.ObjectOutput;
public class Person implements Externalizable {
    /**
     * 
     */
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String name;
    private String gender;
    private int age;
    private transient Person friend;
    public Person() {
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getGender() {
        return gender;
    }
    public void setGender(String gender) {
        this.gender = gender;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public Person getFriend() {
        return friend;
    }
    public void setFriend(Person friend) {
        this.friend = friend;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "name = " + name + ", gender = " + gender + ", age = " + age
                + ", friend info is [" + friend + "]";
    }
    @Override
    public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
        out.writeUTF(name);
        out.writeUTF(gender);
        out.writeInt(age);
        out.writeObject(friend);
    }
    @Override
    public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException,
            ClassNotFoundException {
        name = in.readUTF();
        gender = in.readUTF();
        age = in.readInt();
        friend = (Person) in.readObject();        
    }    
}

说明：Person类实现了Externalizable接口，重写了writeExternal与readExternal方法，并且实现了用户自定义序列化与反序列化逻辑。测试类代码不变，运行结果如下：　

name = leesf, gender = man, age = 24, friend info is [name = dyd, gender = woman, age = 24, friend info is [null]]
name = leesf, gender = man, age = 24, friend info is [name = dyd, gender = woman, age = 24, friend info is [null]]

　　说明：从结果可知，成功进行了序列化与反序列化过程。值得注意的是，我们必须要给Person类提供一个无参构造器，才能正确完成序列化与反序列化过程。否则会抛出如下异常

　　修改Person类如下

package com.hust.grid.leesf.serializable;
import java.io.Externalizable;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInput;
import java.io.ObjectOutput;
public class Person implements Externalizable {
    /**
     * 
     */
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String name;
    private String gender;
    private int age;
    private transient Person friend;
    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getGender() {
        return gender;
    }
    public void setGender(String gender) {
        this.gender = gender;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public Person getFriend() {
        return friend;
    }
    public void setFriend(Person friend) {
        this.friend = friend;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "name = " + name + ", gender = " + gender + ", age = " + age
                + ", friend info is [" + friend + "]";
    }
    @Override
    public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
        out.writeUTF(name);
        out.writeUTF(gender);
        out.writeInt(age);
        out.writeObject(friend);
    }
    @Override
    public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException,
            ClassNotFoundException {
        name = in.readUTF();
        gender = in.readUTF();
        age = in.readInt();
        friend = (Person) in.readObject();        
    }    
}

　说明：提供一个参数的构造函数，没有无参构造函数，修改测试类代码如下

package com.hust.grid.leesf.serializable;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
public class SerializableDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Person leesf = new Person("leesf");
        Person dyd = new Person("dyd");
        leesf.setAge(24);
        leesf.setGender("man");
        leesf.setName("leesf");
        dyd.setAge(24);
        dyd.setGender("woman");
        dyd.setName("dyd");    
        leesf.setFriend(dyd);
        dyd.setFriend(null);
        File file = new File("test");
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
        oos.writeObject(leesf);
        oos.flush();
        oos.close();
        System.out.println(leesf);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        leesf = (Person) ois.readObject();
        ois.close();    
        System.out.println(leesf);    
    }
}

运行结果如下

name = leesf, gender = man, age = 24, friend info is [name = dyd, gender = woman, age = 24, friend info is [null]]
Exception in thread "main" java.io.InvalidClassException: com.hust.grid.leesf.serializable.Person; no valid constructor
    at java.io.ObjectStreamClass$ExceptionInfo.newInvalidClassException(ObjectStreamClass.java:150)
    at java.io.ObjectStreamClass.checkDeserialize(ObjectStreamClass.java:768)
    at java.io.ObjectInputStream.readOrdinaryObject(ObjectInputStream.java:1775)
    at java.io.ObjectInputStream.readObject0(ObjectInputStream.java:1351)
    at java.io.ObjectInputStream.readObject(ObjectInputStream.java:371)
    at com.hust.grid.leesf.serializable.SerializableDemo.main(SerializableDemo.java:32)
复制代码

　说明：在反序列化的过程抛出了异常，可以看出是Person类没有合法的构造器，合法的构造器就是指无参构造器。当提供了无参构造器之后，就可以正确运行。

　　5.3 问题说明

　　1. Externalizable，writeObject与readObject方法

　　如果Person类实现了Externalizable接口，并且在Person类中添加了writeObject与readObject方法，那么在进行序列化与反序列化时，是以哪种方法为准呢，修改Person类如下

package com.hust.grid.leesf.serializable;
import java.io.Externalizable;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInput;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutput;
import java.io.ObjectOutputStream;
public class Person implements Externalizable {
    /**
     * 
     */
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String name;
    private String gender;
    private int age;
    private transient Person friend;
    public Person() {
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getGender() {
        return gender;
    }
    public void setGender(String gender) {
        this.gender = gender;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public Person getFriend() {
        return friend;
    }
    public void setFriend(Person friend) {
        this.friend = friend;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "name = " + name + ", gender = " + gender + ", age = " + age
                + ", friend info is [" + friend + "]";
    }
    @Override
    public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
        System.out.println("use writeExternal method");
        out.writeUTF(name);
        out.writeUTF(gender);
        out.writeInt(age);
        out.writeObject(friend);
    }
    @Override
    public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException,
            ClassNotFoundException {
        System.out.println("use readExternal method");
        name = in.readUTF();
        gender = in.readUTF();
        age = in.readInt();
        friend = (Person) in.readObject();        
    }    
    private void writeObject(ObjectOutputStream stream) 
            throws IOException {
        System.out.println("use writeObject method");
        stream.defaultWriteObject();
        stream.writeObject(friend);
    }
    private void readObject(ObjectInputStream stream) 
            throws IOException, ClassNotFoundException {
        System.out.println("use readObject method");
        stream.defaultReadObject();
        friend = (Person) stream.readObject();
    }
}

　说明：在方法中添加了打印语句，这样就可以轻易判别采用的何种方式。测试类代码如下　　

package com.hust.grid.leesf.serializable;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
public class SerializableDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Person leesf = new Person();
        Person dyd = new Person();
        leesf.setAge(24);
        leesf.setGender("man");
        leesf.setName("leesf");
        dyd.setAge(24);
        dyd.setGender("woman");
        dyd.setName("dyd");    
        leesf.setFriend(dyd);
        dyd.setFriend(null);
        File file = new File("test");
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
        oos.writeObject(leesf);
        oos.flush();
        oos.close();
        System.out.println(leesf);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        leesf = (Person) ois.readObject();
        ois.close();    
        System.out.println(leesf);    
    }
}

运行结果

use writeExternal method
use writeExternal method
name = leesf, gender = man, age = 24, friend info is [name = dyd, gender = woman, age = 24, friend info is [null]]
use readExternal method
use readExternal method
name = leesf, gender = man, age = 24, friend info is [name = dyd, gender = woman, age = 24, friend info is [null]]

　说明：从结果可以看出，是以Externalizable接口中定义的两个方法进行序列化与反序列化的，这时，读者可能又会有另外一个疑问，那就是为什么会打印两次呢？答案是因为该方法被调用了两次，因为Person类有一个Person域，会导致调用两次。

　　2. 处理transient字段

　　可以在writeExternal与readExternal方法中实现自定义逻辑，对transient字段进行序列化与反序列化。

【Java基础】序列化与反序列化深入分析（上）

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