详解Java编程中对象的序列化
1.什么是Java对象序列化
Java平台允许我们在内存中创建可复用的Java对象，但一般情况下，只有当JVM处于运行时，这些对象才可能存在，即，这些对象的生命周期不会比JVM的生命周期更长。但在现实应用中，就可能要求在JVM停止运行之后能够保存(持久化)指定的对象，并在将来重新读取被保存的对象。Java对象序列化就能够帮助我们实现该功能。
使用Java对象序列化，在保存对象时，会把其状态保存为一组字节，在未来，再将这些字节组装成对象。必须注意地是，对象序列化保存的是对象的"状态"，即它的成员变量。由此可知，对象序列化不会关注类中的静态变量。
除了在持久化对象时会用到对象序列化之外，当使用RMI(远程方法调用)，或在网络中传递对象时，都会用到对象序列化。Java序列化API为处理对象序列化提供了一个标准机制，该API简单易用，在本文的后续章节中将会陆续讲到。
2.简单示例
在Java中，只要一个类实现了java.io.Serializable接口，那么它就可以被序列化。此处将创建一个可序列化的类Person，本文中的所有示例将围绕着该类或其修改版。
Gender类，是一个枚举类型，表示性别
publicenumGender{
MALE,FEMALE
}
如果熟悉Java枚举类型的话，应该知道每个枚举类型都会默认继承类java.lang.Enum，而该类实现了Serializable接口，所以枚举类型对象都是默认可以被序列化的。
Person类，实现了Serializable接口，它包含三个字段：name，String类型；age，Integer类型；gender，Gender类型。另外，还重写该类的toString()方法，以方便打印Person实例中的内容。
publicclassPersonimplementsSerializable{
privateStringname=null;
privateIntegerage=null;
privateGendergender=null;
publicPerson(){
System.out.println("none-argconstructor");
}
publicPerson(Stringname,Integerage,Gendergender){
System.out.println("argconstructor");
this.name=name;
this.age=age;
this.gender=gender;
}
publicStringgetName(){
returnname;
}
publicvoidsetName(Stringname){
this.name=name;
}
publicIntegergetAge(){
returnage;
}
publicvoidsetAge(Integerage){
this.age=age;
}
publicGendergetGender(){
returngender;
}
publicvoidsetGender(Gendergender){
this.gender=gender;
}
@Override
publicStringtoString(){
return"["+name+","+age+","+gender+"]";
}
}
SimpleSerial，是一个简单的序列化程序，它先将一个Person对象保存到文件person.out中，然后再从该文件中读出被存储的Person对象，并打印该对象。
publicclassSimpleSerial{
publicstaticvoidmain(String[]args)throwsException{
Filefile=newFile("person.out");
ObjectOutputStreamoout=newObjectOutputStream(newFileOutputStream(file));
Personperson=newPerson("John",101,Gender.MALE);
oout.writeObject(person);
oout.close();
ObjectInputStreamoin=newObjectInputStream(newFileInputStream(file));
ObjectnewPerson=oin.readObject();//没有强制转换到Person类型
oin.close();
System.out.println(newPerson);
}
}
上述程序的输出的结果为：
argconstructor [John,31,MALE]
此时必须注意的是，当重新读取被保存的Person对象时，并没有调用Person的任何构造器，看起来就像是直接使用字节将Person对象还原出来的。
当Person对象被保存到person.out文件中之后，我们可以在其它地方去读取该文件以还原对象，但必须确保该读取程序的CLASSPATH中包含有Person.class(哪怕在读取Person对象时并没有显示地使用Person类，如上例所示)，否则会抛出ClassNotFoundException。
3.Serializable的作用
为什么一个类实现了Serializable接口，它就可以被序列化呢？在上节的示例中，使用ObjectOutputStream来持久化对象，在该类中有如下代码：
privatevoidwriteObject0(Objectobj,booleanunshared)throwsIOException{
...
if(objinstanceofString){
writeString((String)obj,unshared);
}elseif(cl.isArray()){
writeArray(obj,desc,unshared);
}elseif(objinstanceofEnum){
writeEnum((Enum)obj,desc,unshared);
}elseif(objinstanceofSerializable){
writeOrdinaryObject(obj,desc,unshared);
}else{
if(extendedDebugInfo){
thrownewNotSerializableException(cl.getName()+"\n"
+debugInfoStack.toString());
}else{
thrownewNotSerializableException(cl.getName());
}
}
...
}
从上述代码可知，如果被写对象的类型是String，或数组，或Enum，或Serializable，那么就可以对该对象进行序列化，否则将抛出NotSerializableException。
4.默认序列化机制
如果仅仅只是让某个类实现Serializable接口，而没有其它任何处理的话，则就是使用默认序列化机制。使用默认机制，在序列化对象时，不仅会序列化当前对象本身，还会对该对象引用的其它对象也进行序列化，同样地，这些其它对象引用的另外对象也将被序列化，以此类推。所以，如果一个对象包含的成员变量是容器类对象，而这些容器所含有的元素也是容器类对象，那么这个序列化的过程就会较复杂，开销也较大。
5.影响序列化
在现实应用中，有些时候不能使用默认序列化机制。比如，希望在序列化过程中忽略掉敏感数据，或者简化序列化过程。下面将介绍若干影响序列化的方法。
5.1transient关键字
当某个字段被声明为transient后，默认序列化机制就会忽略该字段。此处将Person类中的age字段声明为transient，如下所示，
publicclassPersonimplementsSerializable{
...
transientprivateIntegerage=null;
...
}
再执行SimpleSerial应用程序，会有如下输出：
argconstructor [John,null,MALE]
可见，age字段未被序列化。
5.2writeObject()方法与readObject()方法
对于上述已被声明为transitive的字段age，除了将transitive关键字去掉之外，是否还有其它方法能使它再次可被序列化？方法之一就是在Person类中添加两个方法：writeObject()与readObject()，如下所示：
publicclassPersonimplementsSerializable{
...
transientprivateIntegerage=null;
...
privatevoidwriteObject(ObjectOutputStreamout)throwsIOException{
out.defaultWriteObject();
out.writeInt(age);
}
privatevoidreadObject(ObjectInputStreamin)throwsIOException,ClassNotFoundException{
in.defaultReadObject();
age=in.readInt();
}
}
在writeObject()方法中会先调用ObjectOutputStream中的defaultWriteObject()方法，该方法会执行默认的序列化机制，如5.1节所述，此时会忽略掉age字段。然后再调用writeInt()方法显示地将age字段写入到ObjectOutputStream中。readObject()的作用则是针对对象的读取，其原理与writeObject()方法相同。再次执行SimpleSerial应用程序，则又会有如下输出：
argconstructor [John,31,MALE]
必须注意地是，writeObject()与readObject()都是private方法，那么它们是如何被调用的呢？毫无疑问，是使用反射。详情可以看看ObjectOutputStream中的writeSerialData方法，以及ObjectInputStream中的readSerialData方法。
5.3Externalizable接口
无论是使用transient关键字，还是使用writeObject()和readObject()方法，其实都是基于Serializable接口的序列化。JDK中提供了另一个序列化接口--Externalizable，使用该接口之后，之前基于Serializable接口的序列化机制就将失效。此时将Person类作如下修改，
publicclassPersonimplementsExternalizable{
privateStringname=null;
transientprivateIntegerage=null;
privateGendergender=null;
publicPerson(){
System.out.println("none-argconstructor");
}
publicPerson(Stringname,Integerage,Gendergender){
System.out.println("argconstructor");
this.name=name;
this.age=age;
this.gender=gender;
}
privatevoidwriteObject(ObjectOutputStreamout)throwsIOException{
out.defaultWriteObject();
out.writeInt(age);
}
privatevoidreadObject(ObjectInputStreamin)throwsIOException,ClassNotFoundException{
in.defaultReadObject();
age=in.readInt();
}
@Override
publicvoidwriteExternal(ObjectOutputout)throwsIOException{
}
@Override
publicvoidreadExternal(ObjectInputin)throwsIOException,ClassNotFoundException{
}
...
}
此时再执行SimpleSerial程序之后会得到如下结果：
argconstructor none-argconstructor [null,null,null]
从该结果，一方面，可以看出Person对象中任何一个字段都没有被序列化。另一方面，如果细心的话，还可以发现这此次序列化过程调用了Person类的无参构造器。
Externalizable继承于Serializable，当使用该接口时，序列化的细节需要由程序员去完成。如上所示的代码，由于writeExternal()与readExternal()方法未作任何处理，那么该序列化行为将不会保存/读取任何一个字段。这也就是为什么输出结果中所有字段的值均为空。
另外，使用Externalizable进行序列化时，当读取对象时，会调用被序列化类的无参构造器去创建一个新的对象，然后再将被保存对象的字段的值分别填充到新对象中。这就是为什么在此次序列化过程中Person类的无参构造器会被调用。由于这个原因，实现Externalizable接口的类必须要提供一个无参的构造器，且它的访问权限为public。
对上述Person类进行进一步的修改，使其能够对name与age字段进行序列化，但忽略掉gender字段，如下代码所示：
publicclassPersonimplementsExternalizable{
privateStringname=null;
transientprivateIntegerage=null;
privateGendergender=null;
publicPerson(){
System.out.println("none-argconstructor");
}
publicPerson(Stringname,Integerage,Gendergender){
System.out.println("argconstructor");
this.name=name;
this.age=age;
this.gender=gender;
}
privatevoidwriteObject(ObjectOutputStreamout)throwsIOException{
out.defaultWriteObject();
out.writeInt(age);
}
privatevoidreadObject(ObjectInputStreamin)throwsIOException,ClassNotFoundException{
in.defaultReadObject();
age=in.readInt();
}
@Override
publicvoidwriteExternal(ObjectOutputout)throwsIOException{
out.writeObject(name);
out.writeInt(age);
}
@Override
publicvoidreadExternal(ObjectInputin)throwsIOException,ClassNotFoundException{
name=(String)in.readObject();
age=in.readInt();
}
...
}
执行SimpleSerial之后会有如下结果：
argconstructor none-argconstructor [John,31,null]
5.4readResolve()方法
当我们使用Singleton模式时，应该是期望某个类的实例应该是唯一的，但如果该类是可序列化的，那么情况可能略有不同。此时对第2节使用的Person类进行修改，使其实现Singleton模式，如下所示：
publicclassPersonimplementsSerializable{
privatestaticclassInstanceHolder{
privatestaticfinalPersoninstatnce=newPerson("John",31,Gender.MALE);
}
publicstaticPersongetInstance(){
returnInstanceHolder.instatnce;
}
privateStringname=null;
privateIntegerage=null;
privateGendergender=null;
privatePerson(){
System.out.println("none-argconstructor");
}
privatePerson(Stringname,Integerage,Gendergender){
System.out.println("argconstructor");
this.name=name;
this.age=age;
this.gender=gender;
}
...
}
同时要修改SimpleSerial应用，使得能够保存/获取上述单例对象，并进行对象相等性比较，如下代码所示：
publicclassSimpleSerial{
publicstaticvoidmain(String[]args)throwsException{
Filefile=newFile("person.out");
ObjectOutputStreamoout=newObjectOutputStream(newFileOutputStream(file));
oout.writeObject(Person.getInstance());//保存单例对象
oout.close();
ObjectInputStreamoin=newObjectInputStream(newFileInputStream(file));
ObjectnewPerson=oin.readObject();
oin.close();
System.out.println(newPerson);
System.out.println(Person.getInstance()==newPerson);//将获取的对象与Person类中的单例对象进行相等性比较
}
}
执行上述应用程序后会得到如下结果：
argconstructor [John,31,MALE] false
值得注意的是，从文件person.out中获取的Person对象与Person类中的单例对象并不相等。为了能在序列化过程仍能保持单例的特性，可以在Person类中添加一个readResolve()方法，在该方法中直接返回Person的单例对象，如下所示：
publicclassPersonimplementsSerializable{
privatestaticclassInstanceHolder{
privatestaticfinalPersoninstatnce=newPerson("John",31,Gender.MALE);
}
publicstaticPersongetInstance(){
returnInstanceHolder.instatnce;
}
privateStringname=null;
privateIntegerage=null;
privateGendergender=null;
privatePerson(){
System.out.println("none-argconstructor");
}
privatePerson(Stringname,Integerage,Gendergender){
System.out.println("argconstructor");
this.name=name;
this.age=age;
this.gender=gender;
}
privateObjectreadResolve()throwsObjectStreamException{
returnInstanceHolder.instatnce;
}
...
}
再次执行本节的SimpleSerial应用后将如下输出：
argconstructor [John,31,MALE] true
无论是实现Serializable接口，或是Externalizable接口，当从I/O流中读取对象时，readResolve()方法都会被调用到。实际上就是用readResolve()中返回的对象直接替换在反序列化过程中创建的对象。
6.一些高级用法
该说的都在注释中说完了。直接给程序吧。
packagetest.javaPuzzler.p5;
importjava.io.*;
importjava.io.ObjectInputStream.GetField;
importjava.io.ObjectOutputStream.PutField;
//一个类实现Serializable来表明自己可以被序列化；
//有一点需要特别注意的是：
//如果子类实现了Serializable，而父类没有，则父类不会被序列化；
publicclassSerializableObjectimplementsSerializable{
//生成的序列化版本号会因为编译环境，声明的类名，成员名称和数量的变化而不同；
//也就是说这个版本号一定程度上记录着类的定义性的信息，如果类的定义变化了，最好重新生成版本号；
//如果新的代码使用了旧的版本号，则在反序列化的时候，可以兼容读取旧类的字节码而不会报错；
privatestaticfinallongserialVersionUID=9038542591452547920L;
publicStringname;
publicStringpassword;
//如果你不希望某个非静态成员被序列化，可以用transient来修饰它；
publictransientintage;
//静态成员不会被序列化，因为序列化保存的是实例的状态信息，而静态成员是类的状态信息；
publicstaticintversion=1;
publicSerializableObject(Stringname,Stringpassword){
this.name=name;
this.password=password;
}
//每个类可以写一个writeObject方法，这个方法将会负责该类自身的序列化过程；
//比如对于敏感信息如password，可以加密之后再序列化；
//这个过程需要用到PutField，它可以指定哪些域会被序列化，怎么序列化(比如加密);
//如果没有定义这个方法，将会调用ObjectOutputStream的defaultWriteObject；
//你可以注释掉readObject方法，然后运行测试用例来测试密码是否被加密；
privatevoidwriteObject(ObjectOutputStreamout)throwsIOException{
PutFieldputFields=out.putFields();
putFields.put("name",name);
//模拟加密密码
putFields.put("password","thePassword:"+password);
out.writeFields();
}
//每个类可以写一个readObject方法，该方法负责该类自身的反序列化过程；
//比如对序列化时加密后的密码解密；
//这个过程需要用到GetField，他可以具体地读取每个域；或执行解密动作等等；
//如果没有定义这个方法，将会调用ObjectInputStream的defaultReadObject；
privatevoidreadObject(ObjectInputStreamin)
throwsClassNotFoundException,IOException{
GetFieldreadFields=in.readFields();
//读取到成员的值之后，直接赋给该域，即完成该域的反序列化；
name=(String)readFields.get("name","defaultName");
//模拟解密密码
StringencPassword=(String)readFields.get("password",
"thePassword:defaultValue");
password=encPassword.split(":")[1];
}
//序列化
//主要用到ObjectOutputStream；
publicvoidsave()throwsIOException{
FileOutputStreamfout=newFileOutputStream("e:\\obj");
ObjectOutputStreamoout=newObjectOutputStream(fout);
oout.writeObject(this);
oout.close();
fout.close();
}
//反序列化
//主要用到ObjectInputStream
publicstaticSerializableObjectload()throwsIOException,
ClassNotFoundException{
FileInputStreamfin=newFileInputStream("e:\\obj");
ObjectInputStreamoin=newObjectInputStream(fin);
Objecto=oin.readObject();
return(SerializableObject)o;
}
@Override
publicStringtoString(){
return"name:"+name+",password:"+password;
}
//测试用例
publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException,
ClassNotFoundException{
SerializableObjectso=newSerializableObject(
"http://blog.csdn.net/sunxing007","123456");
so.save();
System.out.println(so);
System.out.println(SerializableObject.load());
}
}
序列化会对单例模式不利,因为可以通过反序列化而破坏单例.这个时候就要请出readResolve这个方法了.比如下面的程序:
publicclassDogextendsException{
//privatestaticfinallongserialVersionUID=-7156412195888553079L;
publicstaticfinalDogINSTANCE=newDog();
privateDog(){}
publicStringtoString(){
return"Woof";
}
//通过readResolve,保证反序列化的时候能完全自主地处理返回对象.
privateObjectreadResolve(){
returnINSTANCE;
}
publicstaticvoidmain(String[]args)throwsIOException,ClassNotFoundException{
Dogd=Dog.INSTANCE;
ByteArrayOutputStreambro=newByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStreamoout=newObjectOutputStream(bro);
oout.writeObject(d);
ObjectInputStreamoin=newObjectInputStream(newByteArrayInputStream(bro.toByteArray()));
Dogd1=(Dog)oin.readObject();
System.out.println(d1==d);
}
}