深入分析Java的序列化与反序列化

序列化是一种对象持久化的手段。普遍应用在网络传输、RMI等场景中。本文通过分析ArrayList的序列化来介绍Java序列化的相关内容。主要涉及到以下几个问题：

Java对象的序列化

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。

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; } 

如何对Java对象进行序列化与反序列化

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。这里先来一段代码：

code 1 创建一个User类，用于序列化及反序列化

package com.hollis; import java.io.Serializable; import java.util.Date;  /**  * Created by hollis on 16/2/2.  */ public class User implements Serializable{     private String name;     private int age;     private Date birthday;     private transient String gender;     private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;      public String getName() {         return name;     }      public void setName(String name) {         this.name = name;     }      public int getAge() {         return age;     }      public void setAge(int age) {         this.age = age;     }      public Date getBirthday() {         return birthday;     }      public void setBirthday(Date birthday) {         this.birthday = birthday;     }      public String getGender() {         return gender;     }      public void setGender(String gender) {         this.gender = gender;     }      @Override     public String toString() {         return "User{" +                 "name='" + name + '/'' +                 ", age=" + age +                 ", gender=" + gender +                 ", birthday=" + birthday +                 '}';     } } 

code 2 对User进行序列化及反序列化的Demo

package com.hollis; import org.apache.commons.io.FileUtils; import org.apache.commons.io.IOUtils; import java.io.*; import java.util.Date;  /**  * Created by hollis on 16/2/2.  */ public class SerializableDemo {      public static void main(String[] args) {         //Initializes The Object         User user = new User();         user.setName("hollis");         user.setGender("male");         user.setAge(23);         user.setBirthday(new Date());         System.out.println(user);          //Write Obj to File         ObjectOutputStream oos = null;         try {             oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("tempFile"));             oos.writeObject(user);         } catch (IOException e) {             e.printStackTrace();         } finally {             IOUtils.closeQuietly(oos);         }          //Read Obj from File         File file = new File("tempFile");         ObjectInputStream ois = null;         try {             ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));             User newUser = (User) ois.readObject();             System.out.println(newUser);         } catch (IOException e) {             e.printStackTrace();         } catch (ClassNotFoundException e) {             e.printStackTrace();         } finally {             IOUtils.closeQuietly(ois);             try {                 FileUtils.forceDelete(file);             } catch (IOException e) {                 e.printStackTrace();             }         }      } } //output  //User{name='hollis', age=23, gender=male, birthday=Tue Feb 02 17:37:38 CST 2016} //User{name='hollis', age=23, gender=null, birthday=Tue Feb 02 17:37:38 CST 2016} 

序列化及反序列化相关知识

1、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。

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 ）

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。

ArrayList的序列化

在介绍ArrayList序列化之前，先来考虑一个问题：

带着这个问题，我们来看 java.util.ArrayList 的源码

code 3

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; } 

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，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：

code 4

public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {         List<String> stringList = new ArrayList<String>();         stringList.add("hello");         stringList.add("world");         stringList.add("hollis");         stringList.add("chuang");         System.out.println("init StringList" + stringList);         ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("stringlist"));         objectOutputStream.writeObject(stringList);          IOUtils.close(objectOutputStream);         File file = new File("stringlist");         ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));         List<String> newStringList = (List<String>)objectInputStream.readObject();         IOUtils.close(objectInputStream);         if(file.exists()){             file.delete();         }         System.out.println("new StringList" + newStringList);     } //init StringList[hello, world, hollis, chuang] //new StringList[hello, world, hollis, chuang] 

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:

来看一下这两个方法的具体实现：

code 5

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)         throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {         elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;          // Read in size, and any hidden stuff         s.defaultReadObject();          // Read in capacity         s.readInt(); // ignored          if (size > 0) {             // be like clone(), allocate array based upon size not capacity             ensureCapacityInternal(size);              Object[] a = elementData;             // Read in all elements in the proper order.             for (int i=0; i<size; i++) {                 a[i] = s.readObject();             }         }     } 

code 6

private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)         throws java.io.IOException{         // Write out element count, and any hidden stuff         int expectedModCount = modCount;         s.defaultWriteObject();          // Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()         s.writeInt(size);          // Write out all elements in the proper order.         for (int i=0; i<size; i++) {             s.writeObject(elementData[i]);         }          if (modCount != expectedModCount) {             throw new ConcurrentModificationException();         }     } 

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。

why writeObject and readObject

writeObject 方法把 elementData 数组中的元素遍历的保存到输出流（ObjectOutputStream）中。

readObject 方法从输入流（ObjectInputStream）中读出对象并保存赋值到 elementData 数组中。

至此，我们先试着来回答刚刚提出的问题：

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：

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：

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：

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。

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接口的定义：

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 。

其实这个问题也很好回答，我们再回到刚刚ObjectOutputStream的writeObject的调用栈：

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

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 。

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、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。

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

参考资料

Java 序列化的高级认识

(全文完)