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  • java对象序列化

    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。

    序列化的目的:
    1、以某种存储形式使自定义对象持久化;
    2、将对象从一个地方传递到另一个地方。

    实质上序列化机制是将类的值转化为一个一般的(即连续的)字节流,然后就可以将该流写到磁盘文件或任何其他流化目标上。而要想实际的写出这个流,就要使用那些实现了IFormatter接口的类里的Serialize和Deserialize方法。

    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。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

        public enum Gender {  
            MALE, FEMALE  
        }
        public class Person implements Serializable {  
         
            private String name = null;  
         
            private Integer age = null;  
         
            private Gender gender = null;  
         
            public Person() {  
                System.out.println("none-arg constructor");  
            }  
         
            public Person(String name, Integer age, Gender gender) {  
                System.out.println("arg constructor");  
                this.name = name;  
                this.age = age;  
                this.gender = gender;  
            }  
         
            public String getName() {  
                return name;  
            }  
         
            public void setName(String name) {  
                this.name = name;  
            }  
         
            public Integer getAge() {  
                return age;  
            }  
         
            public void setAge(Integer age) {  
                this.age = age;  
            }  
         
            public Gender getGender() {  
                return gender;  
            }  
         
            public void setGender(Gender gender) {  
                this.gender = gender;  
            }  
         
            @Override 
            public String toString() {  
                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。

        public class SimpleSerial {  
         
            public static void main(String[] args) throws Exception {  
                File file = new File("person.out");  
         
                ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));  
                Person person = new Person("John", 101, Gender.MALE);  
                oout.writeObject(person);  
                oout.close();  
         
                ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));  
                Object newPerson = oin.readObject(); // 没有强制转换到Person类型  
                oin.close();  
                System.out.println(newPerson);  
            }  
        } 

    输出的结果为

    arg constructor  
    [John, 31, MALE] 

    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。

    2、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。

    3、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。下面将介绍若干影响序列化的方法。

    3.1 transient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,

        public class Person implements Serializable {  
            ...  
            transient private Integer age = null;  
            ...  
        } 

    再执行SimpleSerial应用程序,会有如下输出,可见,age字段未被序列化。

        arg constructor  
        [John, null, MALE] 

    3.2 writeObject()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:

        public class Person implements Serializable {  
            ...  
            transient private Integer age = null;  
            ...  
         
            private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {  
                out.defaultWriteObject();  
                out.writeInt(age);  
            }  
         
            private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, 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:

        arg constructor  
        [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。

    3.3 Externalizable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,

        public class Person implements Externalizable {  
         
            private String name = null;  
         
            transient private Integer age = null;  
         
            private Gender gender = null;  
         
            public Person() {  
                System.out.println("none-arg constructor");  
            }  
         
            public Person(String name, Integer age, Gender gender) {  
                System.out.println("arg constructor");  
                this.name = name;  
                this.age = age;  
                this.gender = gender;  
            }  
         
            private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {  
                out.defaultWriteObject();  
                out.writeInt(age);  
            }  
         
            private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {  
                in.defaultReadObject();  
                age = in.readInt();  
            }  
         
            @Override 
            public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {  
         
            }  
         
            @Override 
            public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {  
         
            }  
            ...  
        } 

    此时再执行SimpleSerial程序之后会得到如下结果,可以看出Person对象中任何一个字段都没有被序列化,还可以发现这此次序列化过程调用了Person类的无参构造器。

        arg constructor  
        none-arg constructor  
        [null, null, null] 

    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:

        public class Person implements Externalizable {  
         
            private String name = null;  
         
            transient private Integer age = null;  
         
            private Gender gender = null;  
         
            public Person() {  
                System.out.println("none-arg constructor");  
            }  
         
            public Person(String name, Integer age, Gender gender) {  
                System.out.println("arg constructor");  
                this.name = name;  
                this.age = age;  
                this.gender = gender;  
            }  
         
            private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {  
                out.defaultWriteObject();  
                out.writeInt(age);  
            }  
         
            private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {  
                in.defaultReadObject();  
                age = in.readInt();  
            }  
         
            @Override 
            public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {  
                out.writeObject(name);  
                out.writeInt(age);  
            }  
         
            @Override 
            public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {  
                name = (String) in.readObject();  
                age = in.readInt();  
            }  
            ...  
        } 

    执行SimpleSerial之后会有如下结果:

        arg constructor  
        none-arg constructor  
        [John, 31, null] 

    3.4 readResolve()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:

        public class Person implements Serializable {  
         
            private static class InstanceHolder {  
                private static final Person instatnce = new Person("John", 31, Gender.MALE);  
            }  
         
            public static Person getInstance() {  
                return InstanceHolder.instatnce;  
            }  
         
            private String name = null;  
         
            private Integer age = null;  
         
            private Gender gender = null;  
         
            private Person() {  
                System.out.println("none-arg constructor");  
            }  
         
            private Person(String name, Integer age, Gender gender) {  
                System.out.println("arg constructor");  
                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:

        public class SimpleSerial {  
         
            public static void main(String[] args) throws Exception {  
                File file = new File("person.out");  
                ObjectOutputStream oout = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));  
                oout.writeObject(Person.getInstance()); // 保存单例对象  
                oout.close();  
         
                ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));  
                Object newPerson = 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:

        arg constructor  
        [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:

        public class Person implements Serializable {  
         
            private static class InstanceHolder {  
                private static final Person instatnce = new Person("John", 31, Gender.MALE);  
            }  
         
            public static Person getInstance() {  
                return InstanceHolder.instatnce;  
            }  
         
            private String name = null;  
         
            private Integer age = null;  
         
            private Gender gender = null;  
         
            private Person() {  
                System.out.println("none-arg constructor");  
            }  
         
            private Person(String name, Integer age, Gender gender) {  
                System.out.println("arg constructor");  
                this.name = name;  
                this.age = age;  
                this.gender = gender;  
            }  
         
            private Object readResolve() throws ObjectStreamException {  
                return InstanceHolder.instatnce;  
            }  
            ...  
        } 

    再次执行本节的SimpleSerial应用后将如下输出:

        arg constructor  
        [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。

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