Java序列化

有關Java對象的序列化和反序列化也算是Java基礎的一部分，下面對Java序列化的機制和原理進行一些介紹。

Java序列化算法透析

Serialization（序 列化）是一種將對象以一連串的字節描述的過程；反序列化deserialization是一種將這些字節重建成一個對象的過程。Java序列化API提供 一種處理對象序列化的標準機制。在這里你能學到如何序列化一個對象，什么時候需要序列化以及Java序列化的算法，我們用一個實例來示范序列化以后的字節 是如何描述一個對象的信息的。

序列化的必要性

Java中，一切都是對象，在分布式環境中經常需要將Object從這一端網絡或設備傳遞到另一端。這就需要有一種可以在兩端傳輸數據的協議。Java序列化機制就是為了解決這個問題而產生。

如何序列化一個對象

一個對象能夠序列化的前提是實現Serializable接口，Serializable接口沒有方法，更像是個標記。有了這個標記的Class就能被序列化機制處理。

import java.io.Serializable; 
class TestSerial implements Serializable {         
           public byte version = 100;          
           public byte count = 0;  
 }

然后我們寫個程序將對象序列化并輸出。ObjectOutputStream能把Object輸出成Byte流。我們將Byte流暫時存儲到temp.out文件里。

public static void main(String args[]) throws IOException {
         FileOutputStream fos = new FileOutputStream("temp.out"); 
         ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
         TestSerial ts = new TestSerial();
         oos.writeObject(ts);
         oos.flush();
         oos.close();
    }

如果要從持久的文件中讀取Bytes重建對象，我們可以使用ObjectInputStream。  

public static void main(String args[]) throws IOException {          
            FileInputStream fis = new FileInputStream("temp.out");          
            ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(fis);          
            TestSerial ts = (TestSerial) oin.readObject();          
            System.out.println("version="+ts.version);   
}

執行結果為

100.

對象的序列化格式

將一個對象序列化后是什么樣子呢？打開剛才我們將對象序列化輸出的temp.out文件，以16進制方式顯示。內容應該如下：

AC ED 00 05 73 72 00 0A 53 65 72 69 61 6C 54 65

73 74 A0 0C 34 00 FE B1 DD F9 02 00 02 42 00 05

63 6F 75 6E 74 42 00 07 76 65 72 73 69 6F 6E 78

70 00 64

這一坨字節就是用來描述序列化以后的

TestSerial對象的，我們注意到TestSerial類中只有兩個域：

public byte version = 100;

public byte count = 0;

且都是byte型，理論上存儲這兩個域只需要2個byte，但是實際上temp.out占據空間為51bytes，也就是說除了數據以外，還包括了對序列化對象的其他描述。

Java的序列化算法

序列化算法一般會按步驟做如下事情：

◆將對象實例相關的類元數據輸出。

◆遞歸地輸出類的超類描述直到不再有超類。

◆類元數據完了以后，開始從最頂層的超類開始輸出對象實例的實際數據值。

◆從上至下遞歸輸出實例的數據

我們用另一個更完整覆蓋所有可能出現的情況的例子來說明：

class parent implements Serializable { 
  int parentVersion = 10;  
   }       
   
class contain implements Serializable{ 
         int containVersion = 11; 
   }   
              
public class SerialTest extends parent implements Serializable {          
          int version = 66;          
          contain con = new contain();              
          public int getVersion() {                 
           return version;          
      }   
       
public static void main(String args[]) throws IOException {                 
          FileOutputStream fos = new FileOutputStream("temp.out");                 
          ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);                 
          SerialTest st = new SerialTest();                 
          oos.writeObject(st);                 
          oos.flush();                 
          oos.close();          
 }   
}

這個例子是相當的直白啦。SerialTest類實現了Parent超類，內部還持有一個Container對象。

序列化后的格式如下：

AC ED 00 05 73 72 00 0A 53 65 72 69 61 6C 54 65

73 74 05 52 81 5A AC 66 02 F6 02 00 02 49 00 07

76 65 72 73 69 6F 6E 4C 00 03 63 6F 6E 74 00 09

4C 63 6F 6E 74 61 69 6E 3B 78 72 00 06 70 61 72

65 6E 74 0E DB D2 BD 85 EE 63 7A 02 00 01 49 00

0D 70 61 72 65 6E 74 56 65 72 73 69 6F 6E 78 70

00 00 00 0A 00 00 00 42 73 72 00 07 63 6F 6E 74

61 69 6E FC BB E6 0E FB CB 60 C7 02 00 01 49 00

0E 63 6F 6E 74 61 69 6E 56 65 72 73 69 6F 6E 78

70 00 00 00 0B

我們來仔細看看這些字節都代表了啥。開頭部分，見顏色：

1. AC ED: STREAM_MAGIC. 聲明使用了序列化協議.

2. 00 05: STREAM_VERSION. 序列化協議版本.

3. 0x73: TC_OBJECT. 聲明這是一個新的對象.  

序列化算法的第一步就是輸出對象相關類的描述。例子所示對象為SerialTest類實例，因此接下來輸出SerialTest類的描述。見顏色：

1. 0x72: TC_CLASSDESC. 聲明這里開始一個新Class。

2. 00 0A: Class名字的長度.

3. 53 65 72 69 61 6c 54 65 73 74: SerialTest,Class類名.

4. 05 52 81 5A AC 66 02 F6: SerialVersionUID, 序列化ID，如果沒有指定，則會由算法隨機生成一個8byte的ID.

5. 0x02: 標記號. 該值聲明該對象支持序列化。

6. 00 02: 該類所包含的域個數。

接下來，算法輸出其中的一個域，int version=66；見顏色：

1. 0x49: 域類型. 49 代表"I", 也就是Int.

2. 00 07: 域名字的長度.

3. 76 65 72 73 69 6F 6E: version,域名字描述.

然后，算法輸出下一個域，contain con = new contain();這個有點特殊，是個對象。描述對象類型引用時需要使用JVM的標準對象簽名表示法，見顏色：

1. 0x4C: 域的類型.

2. 00 03: 域名字長度.

3. 63 6F 6E: 域名字描述，con

4. 0x74: TC_STRING. 代表一個new String.用String來引用對象。

5. 00 09: 該String長度.

6. 4C 63 6F 6E 74 61 69 6E 3B: Lcontain;, JVM的標準對象簽名表示法.

7. 0x78: TC_ENDBLOCKDATA,對象數據塊結束的標志

.接下來算法就會輸出超類也就是Parent類描述了，見顏色：

1. 0x72: TC_CLASSDESC. 聲明這個是個新類.

2. 00 06: 類名長度.

3. 70 61 72 65 6E 74: parent,類名描述。

4. 0E DB D2 BD 85 EE 63 7A: SerialVersionUID, 序列化ID.

5. 0x02: 標記號. 該值聲明該對象支持序列化.

6. 00 01: 類中域的個數.

下一步，輸出parent類的域描述，int parentVersion=100;同見顏色：

1. 0x49: 域類型. 49 代表"I", 也就是Int.

2. 00 0D: 域名字長度.

3. 70 61 72 65 6E 74 56 65 72 73 69 6F 6E: parentVersion，域名字描述。

4. 0x78: TC_ENDBLOCKDATA,對象塊結束的標志。

5. 0x70: TC_NULL, 說明沒有其他超類的標志。.

到此為止，算法已經對所有的類的描述都做了輸出。下一步就是把實例對象的實際值輸出了。這時候是從parent Class的域開始的，見顏色：

1. 00 00 00 0A: 10, parentVersion域的值.

還有SerialTest類的域：

1. 00 00 00 42: 66, version域的值.

再往后的bytes比較有意思，算法需要描述contain類的信息，要記住，現在還沒有對contain類進行過描述，見顏色：

1. 0x73: TC_OBJECT, 聲明這是一個新的對象.

2. 0x72: TC_CLASSDESC聲明這里開始一個新Class.

3. 00 07: 類名的長度.

4. 63 6F 6E 74 61 69 6E: contain,類名描述.

5. FC BB E6 0E FB CB 60 C7: SerialVersionUID, 序列化ID.

6. 0x02: Various flags. 標記號. 該值聲明該對象支持序列化

7. 00 01: 類內的域個數。

.輸出contain的唯一的域描述，int containVersion=11；

1. 0x49: 域類型. 49 代表"I", 也就是Int..

2. 00 0E: 域名字長度.

3. 63 6F 6E 74 61 69 6E 56 65 72 73 69 6F 6E: containVersion, 域名字描述.

4. 0x78: TC_ENDBLOCKDATA對象塊結束的標志.

這時，序列化算法會檢查contain是否有超類，如果有的話會接著輸出。

1. 0x70:TC_NULL，沒有超類了。

最后，將contain類實際域值輸出。

1. 00 00 00 0B: 11, containVersion的值.

OK,我們討論了java序列化的機制和原理，希望能對同學們有所幫助。