深入理解Java原生的序列化机制

概念

一个对象如果想在硬盘上存储，一定就需要借助于一定的数据格式。这种把对象转换为硬盘存储的格式的过程就叫做对象的序列化，同样地，将这些文件再反向转换为程序中对象的操作就叫做反序列化
一些复杂的解决方案可能是将对象转换为json字符串的方式，这种方式的优点是易读，但是效率还是太低，所以Java的序列化的解决方案是将对象转换为一个二进制流的形式，来实现数据的持久化，本篇文章将会来详细讲解序列化的实现和原理

实现

准备

我们这里有一个普通的对象，要注意的是这个类和其中用到的所有对象都需要实现序列化接口Serializable：

class Demo implements Serializable {
int val = 10;
String time = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss").format(new Date());
A a = new A(20);
@Override
public String toString() {
return "[hashcode=" + hashCode() + " val=" + val + ", time=" + time 
+ ", A.val=" + a.val +"]";
}
}

这个A是一个普通的对象，如下：

class A implements Serializable {
int val = 20;
public A(int val) {
this.val = val;
}
}

现在我们有一个Demo对象，来输出一下这个对象的标志字符串：

Demo demo = new Demo();
System.out.println(demo.toString());

输出结果：

[hashcode=1625635731 val=10, time=20:28:56, A.val=20]

序列化

现在，我们需要将这个对象序列化为二进制流，则需要以下的操作：

FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("target");
ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(fileOutputStream);
objectOutputStream.writeObject(demo);
objectOutputStream.flush();
objectOutputStream.close();

这样，demo对象就被我们持久化到硬盘的target文件中了

反序列化

反之，如果我们想将这个对象从target文件中取出，就需要如下的操作：

FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("target");
ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(fileInputStream);
Demo newDemo = (Demo)objectInputStream.readObject();

检验

现在，我们用以下的语句来检验这两个对象是否是一个对象：

System.out.println(newDemo.toString());
System.out.println("demo == newDemo : " + (demo == newDemo));

输出

[hashcode=885284298 val=10, time=20:28:56, A.val=20]
demo == newDemo : false

我们会发现，反序列化得到的对象虽然值和原有对象一致，但是其不是同一个对象，这一点很重要

原理

我们打开序列化生成的target文件，这里需要用二进制流的方式打开：

这里可以将文件分为5个部分：

文件头：声明文件是一个对象序列化文件，同时声明了序列化版本
类描述：声明类信息，包括类名、序列化id，以及域的个数等属性
属性描述
父类信息描述
对象属性的实际值

也就是说，在这个二进制文件中，通过这几部分就能表明一个类的全部信息，在反序列化的过程中，Java将会按照指定的文件格式来从文件中恢复数据

注意事项

序列化的类一定要实现Serializable接口
序列化类中包含的自定义对象都需要实现Serializable接口

这两点是为什么呢，我们来看ObjectOutputStream中的writeObject0方法，这里截取了一小段：

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());
}
}

这段代码中的obj不仅仅是被序列化的对象，还会是这个对象中的所有字段，也就是说其中的域对象，必须是字符串、数组、枚举和序列化接口中的一种，否则就会抛出异常

序列化ID

其实，还有一点注意事项，我留在了这里来讲：

在序列化和反序列化之间，对象的字段名称、类型和数量均不能改变

这是为什么呢，我们来看反序列化中的一块代码：

if (model.serializable == osc.serializable &&
!cl.isArray() &&
suid != osc.getSerialVersionUID()) {
throw new InvalidClassException(osc.name,
"local class incompatible: " +
"stream classdesc serialVersionUID = " + suid +
", local class serialVersionUID = " +
osc.getSerialVersionUID());
}

这是ObjectStreamClass中的initNonProxy方法中的一段，这个方法也就是读取我们序列化文件的核心方法，用于初始化类描述符

不过我们重点不在这里，重点是一个suid和osc.getSerialVersionUID()的比较，这时候就要涉及到一个序列化id的概念了，序列化id的声明类似下面这种形式：

class Demo implements Serializable {
// 这个序列化id一般的ide都会提供有自动生成的插件，感兴趣的可以自行下载
private static final long serialVersionUID = -5809782578272943999L;
// ...
}

Java的反序列化成功与否的关键，就是比较文件的序列化id和类的序列化id是否一致，如果一致，则认为文件中的对象和类对象是同一个对象，否则，就说明两个类压根就不是一个类，如果强行转换则很有可能发生异常

但是我们之前没有手动设置序列化id也一样能反序列化成功不是吗？其实，之前能反序列化成功仅仅是因为我们没有改动原来的类，如果我们没有设置序列化id，则以下任何的操作，均会导致反序列化失败：

修改了字段/方法的名称/类型
添加或删除字段/方法

看到了吗，即使我们仅仅修改了字段的名称，也会导致反序列化的失败，如果不注意这一点，将会导致所有反序列化操作的崩溃，但是只要我们设置一个序列化id，即使我们把类中元素删的一干二净，也一样会反序列化成功，只不过是丢失属性而已

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