Java程序员必备：序列化全方位解析
前言
相信大家日常开发中，经常看到Java对象“implements Serializable”。那么，它到底有什么用呢？本文从以下几个角度来解析序列这一块知识点~
- 什么是Java序列化？
- 为什么需要序列化？
- 序列化用途
- Java序列化常用API
- 序列化的使用
- 序列化底层
- 日常开发序列化的注意点
- 序列化常见面试题
一、什么是Java序列化？
- 序列化：把Java对象转换为字节序列的过程
- 反序列：把字节序列恢复为Java对象的过程
二、为什么需要序列化？
Java对象是运行在JVM的堆内存中的，如果JVM停止后，它的生命也就戛然而止。
如果想在JVM停止后，把这些对象保存到磁盘或者通过网络传输到另一远程机器，怎么办呢？磁盘这些硬件可不认识Java对象，它们只认识二进制这些机器语言，所以我们就要把这些对象转化为字节数组，这个过程就是序列化啦~
打个比喻，作为大城市漂泊的码农，搬家是常态。当我们搬书桌时，桌子太大了就通不过比较小的门，因此我们需要把它拆开再搬过去，这个拆桌子的过程就是序列化。 而我们把书桌复原回来（安装）的过程就是反序列化啦。
三、序列化用途
序列化使得对象可以脱离程序运行而独立存在，它主要有两种用途：
- 1） 序列化机制可以让对象地保存到硬盘上，减轻内存压力的同时，也起了持久化的作用；
比如 Web服务器中的Session对象，当有 10+万用户并发访问的，就有可能出现10万个Session对象，内存可能消化不良，于是Web容器就会把一些seesion先序列化到硬盘中，等要用了，再把保存在硬盘中的对象还原到内存中。
- 2） 序列化机制让Java对象在网络传输不再是天方夜谭。
我们在使用Dubbo远程调用服务框架时，需要把传输的Java对象实现Serializable接口，即让Java对象序列化，因为这样才能让对象在网络上传输。
四、Java序列化常用API
java.io.ObjectOutputStream java.io.ObjectInputStream java.io.Serializable java.io.Externalizable
Serializable 接口
Serializable接口是一个标记接口，没有方法或字段。一旦实现了此接口，就标志该类的对象就是可序列化的。
public interface Serializable {
}
Externalizable 接口
Externalizable继承了Serializable接口，还定义了两个抽象方法：writeExternal()和readExternal()，如果开发人员使用Externalizable来实现序列化和反序列化，需要重写writeExternal()和readExternal()方法
public interface Externalizable extends java.io.Serializable {
void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException;
void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException;
}
java.io.ObjectOutputStream类
表示对象输出流，它的writeObject(Object obj)方法可以对指定obj对象参数进行序列化，再把得到的字节序列写到一个目标输出流中。
java.io.ObjectInputStream
表示对象输入流，
它的readObject()方法，从输入流中读取到字节序列，反序列化成为一个对象，最后将其返回。
五、序列化的使用
序列化如何使用？来看一下，序列化的使用的几个关键点吧：
- 声明一个实体类，实现Serializable接口
- 使用ObjectOutputStream类的writeObject方法，实现序列化
- 使用ObjectInputStream类的readObject方法，实现反序列化
声明一个Student类，实现Serializable
public class Student implements Serializable {
private Integer age;
private String name;
public Integer getAge() {
return age;
}
public void setAge(Integer age) {
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
使用ObjectOutputStream类的writeObject方法，对Student对象实现序列化
把Student对象设置值后，写入一个文件，即序列化，哈哈~
ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream( new FileOutputStream("D://text.out"));
Student student = new Student();
student.setAge(25);
student.setName("jayWei");
objectOutputStream.writeObject(student);
objectOutputStream.flush();
objectOutputStream.close();
看看序列化的可爱模样吧，test.out文件内容如下（使用UltraEdit打开）：
使用ObjectInputStream类的readObject方法，实现反序列化，重新生成student对象
再把test.out文件读取出来，反序列化为Student对象
ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("D://text.out"));
Student student = (Student) objectInputStream.readObject();
System.out.println("name="+student.getName());
六、序列化底层
Serializable底层
Serializable接口，只是一个空的接口，没有方法或字段，为什么这么神奇，实现了它就可以让对象序列化了？
public interface Serializable {
}
为了验证Serializable的作用，把以上demo的Student对象，去掉实现Serializable接口，看序列化过程怎样吧~
序列化过程中抛出异常啦，堆栈信息如下：
Exception in thread "main" java.io.NotSerializableException: com.example.demo.Student at java.io.ObjectOutputStream.writeObject0(ObjectOutputStream.java:1184) at java.io.ObjectOutputStream.writeObject(ObjectOutputStream.java:348) at com.example.demo.Test.main(Test.java:13)
顺着堆栈信息看一下，原来有重大发现，如下~
原来底层是这样：
ObjectOutputStream 在序列化的时候，会判断被序列化的Object是哪一种类型，String？array？enum？还是 Serializable，如果都不是的话，抛出 NotSerializableException异常。所以呀， Serializable真的只是一个标志，一个序列化标志 ~
writeObject（Object）
序列化的方法就是writeObject，基于以上的demo，我们来分析一波它的核心方法调用链吧~（建议大家也去debug看一下这个方法，感兴趣的话）
writeObject直接调用的就是writeObject0（）方法，
public final void writeObject(Object obj) throws IOException {
......
writeObject0(obj, false);
......
}
writeObject0 主要实现是对象的不同类型，调用不同的方法写入序列化数据，这里面如果对象实现了Serializable接口，就调用writeOrdinaryObject()方法~
private void writeObject0(Object obj, boolean unshared)
throws IOException
{
......
//String类型
if (obj instanceof String) {
writeString((String) obj, unshared);
//数组类型
} else if (cl.isArray()) {
writeArray(obj, desc, unshared);
//枚举类型
} else if (obj instanceof Enum) {
writeEnum((Enum<?>) obj, desc, unshared);
//Serializable实现序列化接口
} else if (obj instanceof Serializable) {
writeOrdinaryObject(obj, desc, unshared);
} else{
//其他情况会抛异常~
if (extendedDebugInfo) {
throw new NotSerializableException(
cl.getName() + "/n" + debugInfoStack.toString());
} else {
throw new NotSerializableException(cl.getName());
}
}
......
writeOrdinaryObject()会先调用writeClassDesc(desc)，写入该类的生成信息，然后调用writeSerialData方法,写入序列化数据
private void writeOrdinaryObject(Object obj,
ObjectStreamClass desc,
boolean unshared)
throws IOException
{
......
//调用ObjectStreamClass的写入方法
writeClassDesc(desc, false);
// 判断是否实现了Externalizable接口
if (desc.isExternalizable() && !desc.isProxy()) {
writeExternalData((Externalizable) obj);
} else {
//写入序列化数据
writeSerialData(obj, desc);
}
.....
}
writeSerialData（）实现的就是写入被序列化对象的字段数据
private void writeSerialData(Object obj, ObjectStreamClass desc)
throws IOException
{
for (int i = 0; i < slots.length; i++) {
if (slotDesc.hasWriteObjectMethod()) {
//如果被序列化的对象自定义实现了writeObject()方法，则执行这个代码块
slotDesc.invokeWriteObject(obj, this);
} else {
// 调用默认的方法写入实例数据
defaultWriteFields(obj, slotDesc);
}
}
}
defaultWriteFields（）方法，获取类的基本数据类型数据，直接写入底层字节容器；获取类的obj类型数据，循环递归调用writeObject0()方法，写入数据~
private void defaultWriteFields(Object obj, ObjectStreamClass desc)
throws IOException
{
// 获取类的基本数据类型数据，保存到primVals字节数组
desc.getPrimFieldValues(obj, primVals);
//primVals的基本类型数据写到底层字节容器
bout.write(primVals, 0, primDataSize, false);
// 获取对应类的所有字段对象
ObjectStreamField[] fields = desc.getFields(false);
Object[] objVals = new Object[desc.getNumObjFields()];
int numPrimFields = fields.length - objVals.length;
// 获取类的obj类型数据，保存到objVals字节数组
desc.getObjFieldValues(obj, objVals);
//对所有Object类型的字段,循环
for (int i = 0; i < objVals.length; i++) {
......
//递归调用writeObject0()方法，写入对应的数据
writeObject0(objVals[i],
fields[numPrimFields + i].isUnshared());
......
}
}
七、日常开发序列化的一些注意点
- static静态变量和transient 修饰的字段是不会被序列化的
- serialVersionUID问题
- 如果某个序列化类的成员变量是对象类型，则该对象类型的类必须实现序列化
- 子类实现了序列化，父类没有实现序列化，父类中的字段丢失问题
static静态变量和transient 修饰的字段是不会被序列化的
static静态变量和transient 修饰的字段是不会被序列化的,我们来看例子分析一波~ Student类加了一个类变量gender和一个transient修饰的字段specialty
public class Student implements Serializable {
private Integer age;
private String name;
public static String gender = "男";
transient String specialty = "计算机专业";
public String getSpecialty() {
return specialty;
}
public void setSpecialty(String specialty) {
this.specialty = specialty;
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" +"age=" + age + ", name='" + name + '/'' + ", gender='" + gender + '/'' + ", specialty='" + specialty + '/'' +
'}';
}
......
打印学生对象，序列化到文件，接着修改静态变量的值，再反序列化，输出反序列化后的对象~
运行结果：
序列化前Student{age=25, name='jayWei', gender='男', specialty='计算机专业'}
序列化后Student{age=25, name='jayWei', gender='女', specialty='null'}
对比结果可以发现：
- 1）序列化前的静态变量性别明明是‘男’，序列化后再在程序中修改，反序列化后却变成‘女’了， what ？显然这个静态属性并没有进行序列化。其实， 静态（static）成员变量是属于类级别的，而序列化是针对对象的~所以不能序列化哦 。
- 2）经过序列化和反序列化过程后，specialty字段变量值由'计算机专业'变为空了，为什么呢？其实是因为transient关键字， 它可以阻止修饰的字段被序列化到文件中 ，在被反序列化后，transient 字段的值被设为初始值，比如int型的值会被设置为 0，对象型初始值会被设置为null。
serialVersionUID问题
serialVersionUID 表面意思就是 序列化版本号ID ，其实每一个实现Serializable接口的类，都有一个表示序列化版本标识符的静态变量，或者默认等于1L，或者等于对象的哈希码。
private static final long serialVersionUID = -6384871967268653799L;
serialVersionUID有什么用？
JAVA序列化的机制是通过判断类的serialVersionUID来验证版本是否一致的。在进行反序列化时，JVM会把传来的字节流中的serialVersionUID和本地相应实体类的serialVersionUID进行比较，如果相同，反序列化成功，如果不相同，就抛出InvalidClassException异常。
接下来，我们来验证一下吧，修改一下Student类，再反序列化操作
Exception in thread "main" java.io.InvalidClassException: com.example.demo.Student; local class incompatible: stream classdesc serialVersionUID = 3096644667492403394, local class serialVersionUID = 4429793331949928814 at java.io.ObjectStreamClass.initNonProxy(ObjectStreamClass.java:687) at java.io.ObjectInputStream.readNonProxyDesc(ObjectInputStream.java:1876) at java.io.ObjectInputStream.readClassDesc(ObjectInputStream.java:1745) at java.io.ObjectInputStream.readOrdinaryObject(ObjectInputStream.java:2033) at java.io.ObjectInputStream.readObject0(ObjectInputStream.java:1567) at java.io.ObjectInputStream.readObject(ObjectInputStream.java:427) at com.example.demo.Test.main(Test.java:20)
从日志堆栈异常信息可以看到，文件流中的class和当前类路径中的class不同了，它们的serialVersionUID不相同，所以反序列化抛出InvalidClassException异常。那么，如果确实需要修改Student类，又想反序列化成功，怎么办呢？可以手动指定serialVersionUID的值，一般可以设置为1L或者，或者让我们的编辑器IDE生成
private static final long serialVersionUID = -6564022808907262054L;
实际上，阿里开发手册，强制要求序列化类新增属性时，不能修改serialVersionUID字段~
如果某个序列化类的成员变量是对象类型，则该对象类型的类必须实现序列化
给Student类添加一个Teacher类型的成员变量，其中Teacher是没有实现序列化接口的
public class Student implements Serializable {
private Integer age;
private String name;
private Teacher teacher;
...
}
//Teacher 没有实现
public class Teacher {
......
}
序列化运行，就报NotSerializableException异常啦
Exception in thread "main" java.io.NotSerializableException: com.example.demo.Teacher at java.io.ObjectOutputStream.writeObject0(ObjectOutputStream.java:1184) at java.io.ObjectOutputStream.defaultWriteFields(ObjectOutputStream.java:1548) at java.io.ObjectOutputStream.writeSerialData(ObjectOutputStream.java:1509) at java.io.ObjectOutputStream.writeOrdinaryObject(ObjectOutputStream.java:1432) at java.io.ObjectOutputStream.writeObject0(ObjectOutputStream.java:1178) at java.io.ObjectOutputStream.writeObject(ObjectOutputStream.java:348) at com.example.demo.Test.main(Test.java:16)
其实这个可以在上小节的底层源码分析找到答案，一个对象序列化过程，会循环调用它的Object类型字段，递归调用序列化的，也就是说，序列化Student类的时候，会对Teacher类进行序列化，但是对Teacher没有实现序列化接口，因此抛出NotSerializableException异常。所以如果某个实例化类的成员变量是对象类型，则该对象类型的类必须实现序列化
子类实现了Serializable，父类没有实现Serializable接口的话，父类不会被序列化。
子类Student实现了Serializable接口，父类User没有实现Serializable接口
//父类实现了Serializable接口
public class Student extends User implements Serializable {
private Integer age;
private String name;
}
//父类没有实现Serializable接口
public class User {
String userId;
}
Student student = new Student();
student.setAge(25);
student.setName("jayWei");
student.setUserId("1");
ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D://text.out"));
objectOutputStream.writeObject(student);
objectOutputStream.flush();
objectOutputStream.close();
//反序列化结果
ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream("D://text.out"));
Student student1 = (Student) objectInputStream.readObject();
System.out.println(student1.getUserId());
//output
/**
* null
*/
从反序列化结果，可以发现，父类属性值丢失了。因此子类实现了Serializable接口，父类没有实现Serializable接口的话，父类不会被序列化。
八、序列化常见面试题
- 序列化的底层是怎么实现的？
- 序列化时，如何让某些成员不要序列化？
- 在 Java 中,Serializable 和 Externalizable 有什么区别
- serialVersionUID有什么用？
- 是否可以自定义序列化过程, 或者是否可以覆盖 Java 中的默认序列化过程？
- 在 Java 序列化期间,哪些变量未序列化？
1.序列化的底层是怎么实现的？
本文第六小节可以回答这个问题，如回答Serializable关键字作用，序列化标志啦，源码中，它的作用啦 还有，可以回答writeObject几个核心方法，如直接写入基本类型，获取obj类型数据，循环递归写入，哈哈
2.序列化时，如何让某些成员不要序列化？
可以用transient关键字修饰，它可以阻止修饰的字段被序列化到文件中，在被反序列化后，transient 字段的值被设为初始值，比如int型的值会被设置为 0，对象型初始值会被设置为null。
3.在 Java 中,Serializable 和 Externalizable 有什么区别
Externalizable继承了Serializable，给我们提供 writeExternal() 和 readExternal() 方法, 让我们可以控制 Java的序列化机制, 不依赖于Java的默认序列化。正确实现 Externalizable 接口可以显著提高应用程序的性能。
4.serialVersionUID有什么用？
可以看回本文第七小节哈，JAVA序列化的机制是通过判断类的serialVersionUID来验证版本是否一致的。在进行反序列化时，JVM会把传来的字节流中的serialVersionUID和本地相应实体类的serialVersionUID进行比较，如果相同，反序列化成功，如果不相同，就抛出InvalidClassException异常。
5.是否可以自定义序列化过程, 或者是否可以覆盖 Java 中的默认序列化过程？
可以的。我们都知道,对于序列化一个对象需调用 ObjectOutputStream.writeObject(saveThisObject), 并用 ObjectInputStream.readObject() 读取对象, 但 Java 虚拟机为你提供的还有一件事, 是定义这两个方法。如果在类中定义这两种方法, 则 JVM 将调用这两种方法, 而不是应用默认序列化机制。同时，可以声明这些方法为私有方法，以避免被继承、重写或重载。
6.在 Java 序列化期间,哪些变量未序列化？
static静态变量和transient 修饰的字段是不会被序列化的。静态（static）成员变量是属于类级别的，而序列化是针对对象的。transient关键字修字段饰，可以阻止该字段被序列化到文件中。
参考与感谢
- Java基础学习总结——Java对象的序列化和反序列化
- 10个艰难的Java面试题与答案
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