Java物件表示方式1：序列化、反序列化和transient關鍵字的作用

五月的倉頡發表於2015-09-19
Java物件

前言

平時我們在Java記憶體中的物件，是無法進行IO操作或者網路通訊的，因為在進行IO操作或者網路通訊的時候，人家根本不知道記憶體中的物件是個什麼東西，因此必須將物件以某種方式表示出來，即儲存物件中的狀態。一個Java物件的表示有各種各樣的方式，Java本身也提供給了使用者一種表示物件的方式，那就是序列化。換句話說，序列化只是表示物件的一種方式而已。OK，有了序列化，那麼必然有反序列化，我們先看一下序列化、反序列化是什麼意思。

序列化：將一個物件轉換成一串二進位制表示的位元組陣列，通過儲存或轉移這些位元組資料來達到持久化的目的。

反序列化：將位元組陣列重新構造成物件。

 

預設序列化

序列化只需要實現java.io.Serializable介面就可以了。序列化的時候有一個serialVersionUID引數，Java序列化機制是通過在執行時判斷類的serialVersionUID來驗證版本一致性的。在進行反序列化，Java虛擬機器會把傳過來的位元組流中的serialVersionUID和本地相應實體類的serialVersionUID進行比較，如果相同就認為是一致的實體類，可以進行反序列化，否則Java虛擬機器會拒絕對這個實體類進行反序列化並丟擲異常。serialVersionUID有兩種生成方式：

1、預設的1L

2、根據類名、介面名、成員方法以及屬性等來生成一個64位的Hash欄位

如果實現java.io.Serializable介面的實體類沒有顯式定義一個名為serialVersionUID、型別為long的變數時，Java序列化機制會根據編譯的.class檔案自動生成一個serialVersionUID，如果.class檔案沒有變化，那麼就算編譯再多次，serialVersionUID也不會變化。換言之，Java為使用者定義了預設的序列化、反序列化方法，其實就是ObjectOutputStream的defaultWriteObject方法和ObjectInputStream的defaultReadObject方法。看一個例子：

 1 public class SerializableObject implements Serializable
 2 {
 3     private static final long serialVersionUID = 1L;
 4     
 5     private String str0;
 6     private transient String str1;
 7     private static String str2 = "abc";
 8     
 9     public SerializableObject(String str0, String str1)
10     {
11         this.str0 = str0;
12         this.str1 = str1;
13     }
14     
15     public String getStr0()
16     {
17         return str0;
18     }
19 
20     public String getStr1()
21     {
22         return str1;
23     }
24 }
 1 public static void main(String[] args) throws Exception
 2 {
 3     File file = new File("D:" + File.separator + "s.txt");
 4     OutputStream os = new FileOutputStream(file);  
 5     ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(os);
 6     oos.writeObject(new SerializableObject("str0", "str1"));
 7     oos.close();
 8         
 9     InputStream is = new FileInputStream(file);
10     ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(is);
11     SerializableObject so = (SerializableObject)ois.readObject();
12     System.out.println("str0 = " + so.getStr0());
13     System.out.println("str1 = " + so.getStr1());
14     ois.close();
15 }

先不執行，用一個二進位制檢視器檢視一下s.txt這個檔案，並詳細解釋一下每一部分的內容。

第1部分是序列化檔案頭

◇AC ED：STREAM_MAGIC序列化協議

◇00 05：STREAM_VERSION序列化協議版本

◇73：TC_OBJECT宣告這是一個新的物件

第2部分是要序列化的類的描述，在這裡是SerializableObject類

◇72：TC_CLASSDESC宣告這裡開始一個新的class

◇00 1F:十進位制的31，表示class名字的長度是31個位元組

◇63 6F 6D ... 65 63 74：表示的是“com.xrq.test.SerializableObject”這一串字元，可以數一下確實是31個位元組

◇00 00 00 00 00 00 00 01：SerialVersion，序列化ID，1

◇02：標記號，宣告該物件支援序列化

◇00 01：該類所包含的域的個數為1個

第3部分是物件中各個屬性項的描述

◇4C：字元"L"，表示該屬性是一個物件型別而不是一個基本型別

◇00 04：十進位制的4，表示屬性名的長度

◇73 74 72 30：字串“str0”，屬性名

◇74：TC_STRING，代表一個new String，用String來引用物件

第4部分是該物件父類的資訊，如果沒有父類就沒有這部分。有父類和第2部分差不多

◇00 12：十進位制的18，表示父類的長度

◇4C 6A 61 ... 6E 67 3B：“L/java/lang/String;”表示的是父類屬性

◇78：TC_ENDBLOCKDATA，物件塊結束的標誌

◇70：TC_NULL，說明沒有其他超類的標誌

第5部分輸出物件的屬性項的實際值，如果屬性項是一個物件，這裡還將序列化這個物件，規則和第2部分一樣

◇00 04：十進位制的4，屬性的長度

◇73 74 72 30：字串“str0”，str0的屬性值

從以上對於序列化後的二進位制檔案的解析，我們可以得出以下幾個關鍵的結論：

1、序列化之後儲存的是物件的資訊

2、被宣告為transient的屬性不會被序列化，這就是transient關鍵字的作用

3、被宣告為static的屬性不會被序列化，這個問題可以這麼理解，序列化儲存的是物件的狀態，但是static修飾的變數是屬於類的而不是屬於物件的，因此序列化的時候不會序列化它

接下來執行一下上面的程式碼看一下

str0 = str0
str1 = null

因為str1是一個transient型別的變數，沒有被序列化，因此反序列化出來也是沒有任何內容的，顯示的null，符合我們的結論。

 

手動指定序列化過程

Java並不強求使用者非要使用預設的序列化方式，使用者也可以按照自己的喜好自己指定自己想要的序列化方式----只要你自己能保證序列化前後能得到想要的資料就好了。手動指定序列化方式的規則是：

進行序列化、反序列化時，虛擬機器會首先試圖呼叫物件裡的writeObject和readObject方法，進行使用者自定義的序列化和反序列化。如果沒有這樣的方法，那麼預設呼叫的是ObjectOutputStream的defaultWriteObject以及ObjectInputStream的defaultReadObject方法。換言之，利用自定義的writeObject方法和readObject方法，使用者可以自己控制序列化和反序列化的過程。

這是非常有用的。比如：

1、有些場景下，某些欄位我們並不想要使用Java提供給我們的序列化方式，而是想要以自定義的方式去序列化它，比如ArrayList的elementData、HashMap的table（至於為什麼在之後寫這兩個類的時候會解釋原因），就可以通過將這些欄位宣告為transient，然後在writeObject和readObject中去使用自己想要的方式去序列化它們

2、因為序列化並不安全，因此有些場景下我們需要對一些敏感欄位進行加密再序列化，然後再反序列化的時候按照同樣的方式進行解密，就在一定程度上保證了安全性了。要這麼做，就必須自己寫writeObject和readObject，writeObject方法在序列化前對欄位加密，readObject方法在序列化之後對欄位解密

上面的例子SerializObject這個類修改一下，主函式不需要修改：

 1 public class SerializableObject implements Serializable
 2 {
 3     private static final long serialVersionUID = 1L;
 4     
 5     private String str0;
 6     private transient String str1;
 7     private static String str2 = "abc";
 8     
 9     public SerializableObject(String str0, String str1)
10     {
11         this.str0 = str0;
12         this.str1 = str1;
13     }
14     
15     public String getStr0()
16     {
17         return str0;
18     }
19 
20     public String getStr1()
21     {
22         return str1;
23     }
24     
25     private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws Exception
26     {
27         System.out.println("我想自己控制序列化的過程");
28         s.defaultWriteObject();
29         s.writeInt(str1.length());
30         for (int i = 0; i < str1.length(); i++)
31             s.writeChar(str1.charAt(i));
32     }
33     
34     private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws Exception
35     {
36         System.out.println("我想自己控制反序列化的過程");
37         s.defaultReadObject();
38         int length = s.readInt();
39         char[] cs = new char[length];
40         for (int i = 0; i < length; i++)
41             cs[i] = s.readChar();
42         str1 = new String(cs, 0, length);
43     }
44 }

直接看一下執行結果：

我想自己控制序列化的過程
我想自己控制反序列化的過程
str0 = str0
str1 = str1

看到，程式走到了我們自己寫的writeObject和readObject中，而且被transient修飾的str1也成功序列化、反序列化出來了----因為手動將str1寫入了檔案和從檔案中讀了出來。不妨再看一下s.txt檔案的二進位制：

看到橘黃色的部分就是writeObject方法追加的str1的內容。至此，總結一下writeObject和readObject的通常用法：

先通過defaultWriteObject和defaultReadObject方法序列化、反序列化物件，然後在檔案結尾追加需要額外序列化的內容/從檔案的結尾讀取額外需要讀取的內容。 

 

複雜序列化情況總結

雖然Java的序列化能夠保證物件狀態的持久儲存，但是遇到一些物件結構複雜的情況還是比較難處理的，最後對一些複雜的物件情況作一個總結：

1、當父類繼承Serializable介面時，所有子類都可以被序列化

2、子類實現了Serializable介面，父類沒有，父類中的屬性不能序列化（不報錯，資料丟失），但是在子類中屬性仍能正確序列化

3、如果序列化的屬性是物件，則這個物件也必須實現Serializable介面，否則會報錯

4、反序列化時，如果物件的屬性有修改或刪減，則修改的部分屬性會丟失，但不會報錯

5、反序列化時，如果serialVersionUID被修改，則反序列化時會失敗

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