Java序列化機(jī)制與原理的深入分析

2019-11-26 16:08:18

字體：大中小

供稿：網(wǎng)友

Java序列化算法透析

Serialization（序列化）是一種將對(duì)象以一連串的字節(jié)描述的過(guò)程；反序列化deserialization是一種將這些字節(jié)重建成一個(gè)對(duì)象的過(guò)程。Java序列化API提供一種處理對(duì)象序列化的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制。在這里你能學(xué)到如何序列化一個(gè)對(duì)象，什么時(shí)候需要序列化以及Java序列化的算法，我們用一個(gè)實(shí)例來(lái)示范序列化以后的字節(jié)是如何描述一個(gè)對(duì)象的信息的。
序列化的必要性

Java中，一切都是對(duì)象，在分布式環(huán)境中經(jīng)常需要將Object從這一端網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備傳遞到另一端。這就需要有一種可以在兩端傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議。Java序列化機(jī)制就是為了解決這個(gè)問(wèn)題而產(chǎn)生。
如何序列化一個(gè)對(duì)象

一個(gè)對(duì)象能夠序列化的前提是實(shí)現(xiàn)Serializable接口，Serializable接口沒(méi)有方法，更像是個(gè)標(biāo)記。有了這個(gè)標(biāo)記的Class就能被序列化機(jī)制處理。

復(fù)制代碼代碼如下:

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

然后我們寫(xiě)個(gè)程序?qū)?duì)象序列化并輸出。ObjectOutputStream能把Object輸出成Byte流。我們將Byte流暫時(shí)存儲(chǔ)到temp.out文件里。

復(fù)制代碼代碼如下:

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(duì)象，我們可以使用ObjectInputStream。

復(fù)制代碼代碼如下:

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(zhí)行結(jié)果為

100.
對(duì)象的序列化格式

將一個(gè)對(duì)象序列化后是什么樣子呢？打開(kāi)剛才我們將對(duì)象序列化輸出的temp.out文件，以16進(jìn)制方式顯示。內(nèi)容應(yīng)該如下：

復(fù)制代碼代碼如下:

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(jié)就是用來(lái)描述序列化以后的TestSerial對(duì)象的，我們注意到TestSerial類(lèi)中只有兩個(gè)域：

public byte version = 100;

public byte count = 0;

且都是byte型，理論上存儲(chǔ)這兩個(gè)域只需要2個(gè)byte，但是實(shí)際上temp.out占據(jù)空間為51bytes，也就是說(shuō)除了數(shù)據(jù)以外，還包括了對(duì)序列化對(duì)象的其他描述。
Java的序列化算法

序列化算法一般會(huì)按步驟做如下事情：

◆將對(duì)象實(shí)例相關(guān)的類(lèi)元數(shù)據(jù)輸出。

◆遞歸地輸出類(lèi)的超類(lèi)描述直到不再有超類(lèi)。

◆類(lèi)元數(shù)據(jù)完了以后，開(kāi)始從最頂層的超類(lèi)開(kāi)始輸出對(duì)象實(shí)例的實(shí)際數(shù)據(jù)值。

◆從上至下遞歸輸出實(shí)例的數(shù)據(jù)

我們用另一個(gè)更完整覆蓋所有可能出現(xiàn)的情況的例子來(lái)說(shuō)明:

復(fù)制代碼代碼如下:

    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(gè)例子是相當(dāng)?shù)闹卑桌病?/SPAN>SerialTest類(lèi)實(shí)現(xiàn)了Parent超類(lèi)，內(nèi)部還持有一個(gè)Container對(duì)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(lái)仔細(xì)看看這些字節(jié)都代表了啥。開(kāi)頭部分，見(jiàn)顏色：

AC ED: STREAM_MAGIC. 聲明使用了序列化協(xié)議.
00 05: STREAM_VERSION. 序列化協(xié)議版本.
0x73: TC_OBJECT. 聲明這是一個(gè)新的對(duì)象.

序列化算法的第一步就是輸出對(duì)象相關(guān)類(lèi)的描述。例子所示對(duì)象為SerialTest類(lèi)實(shí)例，因此接下來(lái)輸出SerialTest類(lèi)的描述。見(jiàn)顏色：

0x72: TC_CLASSDESC. 聲明這里開(kāi)始一個(gè)新Class。
00 0A: Class名字的長(zhǎng)度.
53 65 72 69 61 6c 54 65 73 74: SerialTest,Class類(lèi)名.
05 52 81 5A AC 66 02 F6: SerialVersionUID, 序列化ID，如果沒(méi)有指定，則會(huì)由算法隨機(jī)生成一個(gè)8byte的ID.
0x02: 標(biāo)記號(hào). 該值聲明該對(duì)象支持序列化。
00 02: 該類(lèi)所包含的域個(gè)數(shù)。