序列化系列（1）java序列化机制

这篇文章开始讲java对象的序列化，这是因为近期自己的项目当中，大量使用了序列化技术，这里面有java提供的序列化技术，也有一些序列化框架；所以，下定决心把java的序列化技术整理一下，以供参考。这是序列化系列的第一篇文章，所以主要是描述java提供的序列化技术。后续系列再分别讲使用框架实现序列化。

按照惯例，先给出这篇文章的大致脉络

首先，描述了序列化技术的使用场景和序列化的几种方案。
接着，讲java提供的序列化技术
然后，就是需要注意的几个问题，比如transient关键字、序列化ID的作用、深度克隆等等
最后，对java提供的系列化技术的一个总结

首先看文章第一部分。

一、认识序列化

1、从网络通信认识序列化

为了很好的理解序列化，先不讲概念，而是先从网络通信谈起，我们知道现在的网络通信技术基本上都是基于TCP/IP来实现的。假设我们有两台电脑，这两台电脑之间写好了java程序，一个是send端，一个是receive端，要实现他们的通信，其底层是怎么实现的呢？请看下面这张图。

从上面这张图我们可以看到，两个进程进行通信时候，想要发送数据，要先要把数据发送到TCP缓冲区，然后形成报文再发送出去，同样的道理，接收端也是一样。我们可以相互发送各种类型的数据，包括文本、图片、音频、视频等，而这些数据都会以二进制序列的形式在网络上传送。同样的，当两个Java进程进行通信时，也可以使用序列化技术实现对象之间的传递。

为了理解起来方便，再来看一张图。

从这张图也可以清晰的看出，发送数据之前要序列化，接受数据要反序列化。到了这，我们再来看序列化的概念就比较好理解了，一句话：Java序列化是指把Java对象转换为字节序列的过程，而Java反序列化是指把字节序列恢复为Java对象的过程；

2、序列化的使用场景

这个使用场景应该算是最重要的一环了，因为我们学习序列化就是为了使用他，现在把他们归纳一下：

（1）永久性保存对象，保存对象的字节序列到本地文件或者数据库中；（2）通过序列化以字节流的形式使对象在网络中进行传递和接收；（3）通过序列化在进程间传递对象；

3、序列化有什么好处呢？

其实好处是根据使用场景来的;

(1)实现了数据的持久化，通过序列化可以把数据永久地保存到硬盘上

(2)利用序列化实现远程通信，即在网络上传送对象的字节序列。

4、序列化技术都有哪些？

文字总是看着很枯燥，还是看图吧。

看起来很多呀，不过后续的课程中，我会一个一个的讲，或者是挑主要的，而且里面我也没有全用过，大概会六七种吧。这篇文章也主要看第一个java的序列化机制。

二、java序列化机制

从上面的图中我们也已经看到了，java序列化主要有两个接口，这两个接口的实现方式，我都会给出，但是重点在于serialize接口的实现方式。在这一部分中，先给出序列化基本的代码实现，在下一部分当中再来看序列化有哪些需要注意的问题。OK，现在开始代码实现java的序列化机制。

1、使用Serializable接口实现序列化（重点，要牢记，第三部分会多次使用）

首先我们定义一个对象类User

public class User implements Serializable {
//序列化ID
private static final long serialVersionUID = 1L;
private int age;
private String name;
//getter和setter方法、
//toString方法
}

接下来，在Test类中去实现序列化和反序列化。

public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception, IOException{
//SerializeUser();
DeSerializeUser();
  }
//序列化方法
private static void SerializeUser() throws FileNotFoundException,IOException {
       User user = new User();
       user.setName("Java的架构师技术栈");
       user.setAge(24);
       //序列化对象到文件中
       ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(newFileOutputStream("G://Test/template"));
       oos.writeObject(user);
       oos.close();
       System.out.println("序列化对象成功");
}
//反序列化方法
private static void DeSerializeUser() throws FileNotFoundException,IOException{
       File file = new File("G://Test/template");
       ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(newFileInputStream(file));
       User newUser = (User)ois.readObject();
       System.out.println("反序列化对象成功"+newUser.toString());
}
}

当我们运行序列化方法时候，就可以看到，我们把数据存在了G://Test/template。

同时当我们运行反序列化方法的时候，就可以看到，反序列化成功，结果就不贴出来了，比较简单。

2、使用Externalizable接口实现序列化

首先，定义一个User1类

public class User1 implements Externalizable{
private int age;
private String name;
//getter、setter
   //toString方法
   
   public User1() {}
   
@Override
public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
}
@Override
public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException,ClassNotFoundException {
}
}

然后就是Test1类，和上面的Test一样，就不再贴出来了。在这里主要看Externalizable和Serializable接口的区别。下面对其进行归纳一下。

（1）Externalizable继承自Serializable接口

（2）需要我们重写writeExternal()与readExternal()方法

（3）实现Externalizable接口的类必须要提供一个public的无参的构造器。

因此，我们可以对writeExternal()与readExternal()方法重新更改一下；

@Override
   public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
       out.writeObject(name);
       out.writeInt(age);
  }
   @Override
   public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException,ClassNotFoundException {
       name = (String)in.readObject();
       age = in.readInt();
  }

到这，java序列化机制的基本使用就讲完了，从上面可以看出，使用起来还是非常简单的。不过，仅仅会基本的使用还不行，想要面试的时候更加的装13，还需要进一步深化。因此下面一部分主要就是对序列化机制的深入分析。还需要说一点，对于Serializable接口实现的序列化方式一定要牢记，因为下面要多次使用

三、深入分析java序列化机制

1、serialVersionUID的作用

一句话：其目的是序列化对象版本控制，有关各版本反序列化时是否兼容。如果在新版本中这个值修改了，新版本就不兼容旧版本，反序列化时会抛出InvalidClassException异常。如果修改较小，比如仅仅是增加了一个属性，我们希望向下兼容，老版本的数据都能保留，那就不用修改；如果我们删除了一个属性，或者更改了类的继承关系，必然不兼容旧数据，这时就应该手动更新版本号，即SerialVersionUid。

serialVersionUID有两种显示的生成方式：

一是默认的1L，比如：private static final long serialVersionUID = 1L;
二是根据类名、接口名、成员方法及属性等来生成一个64位的哈希字段，比如： private static final long serialVersionUID = xxxxL;

现在我们去验证一下序列化版本不一致的情况：

首先我们在User里面设置一下serialVersionUID=123456L。

public class User implements Serializable {
//序列化ID
private static final long serialVersionUID = 123456L;
。。。。。
}

然后再Test里面开始序列化。

接着我们更改serialVersionUID = 123456789L。然后再反序列化，就可以看到如下的错误了。同时也验证了序列化和反序列化需要版本一致的问题。

2、静态变量的序列化

首先需要说一下，静态变量不会被序列化。因为静态变量在全局区,本来流里面就没有写入静态变量,我打印静态变量当然会去全局区查找,当我write read 同时使用时,内存中的静态变量变了,所以打印出来的也变了。眼见为实，代码验证一下；

下面这个例子，主要是在对静态变量序列化之后，然后更改静态变量age的值，再重新反序列化输出一下。结果会出现两种情况：

（1）反序列输出的静态变量值没有变化：说明静态变量被序列化了。

（2）反序列输出的静态变量值变化了：说明静态变量没有被序列化了。

第一步：把User里面的年龄属性改成static静态类型

第二步：现在改一下Test类

//序列化
private static void SerializeUser() throws 
FileNotFoundException, IOException, ClassNotFoundException {
       User user = new User();
       user.setName("Java的架构师技术栈");
       //初始化之前静态变量age年龄是24.
       user.setAge(24);
       ObjectOutputStream oos = 
       new ObjectOutputStream(newFileOutputStream("G://Test/template"));
       oos.writeObject(user);
       oos.close();
       
       //现在把年龄改成18
       user.setAge(18);
       ObjectInputStream oin = 
       new ObjectInputStream(new FileInputStream("G://Test/template"));
       User modifyUser = (User) oin.readObject();
       oin.close();

       //再读取，通过t.staticVar打印新的值
       System.out.println("静态变量age："+modifyUser.getAge());
}

然后看一下输出结果

3、Transient 关键字作用

Transient 关键字的作用是控制变量的序列化，在变量声明前加上该关键字，可以阻止该变量被序列化到文件中，在被反序列化后，transient 变量的值被设为初始值，如 int 型的是 0，对象型的是 null。

这个很好理解也很简单。下面代码来看一下他的作用

第一步：把User里面的年龄属性改成Transient 修饰。private transient int age;

第二步：Test不变，进行序列化和反序列化。

第三步：看结果。反序列化之后的输出age应该为0；

4、使用序列化实现深度克隆

对象的克隆也叫作对象的拷贝，拷贝有浅拷贝和深拷贝之分。

浅拷贝：使用一个已知实例对新创建实例的成员变量逐个赋值，这个方式被称为浅拷贝。

深拷贝：当一个类的拷贝构造方法，不仅要复制对象的所有非引用成员变量值，还要为引用类型的成员变量创建新的实例，并且初始化为形式参数实例值。这个方式称为深拷贝。

浅拷贝存在对象属性拷贝不彻底问题。因此在这里我们的侧重点不是克隆问题，我们的关注点更在于深拷贝。现在抛弃之前的User。我们重新定义一个类Person。

第一步：定义一个CloneUtils

public class CloneUtils {
   public static <T extends Serializable> T clone(T obj){
       T cloneObj = null;
       try {
           //写入字节流
           ByteArrayOutputStream out = newByteArrayOutputStream();
           ObjectOutputStream obs = new ObjectOutputStream(out);
           obs.writeObject(obj);
           obs.close();
           
           //分配内存，写入原始对象，生成新对象
           ByteArrayInputStream ios = newByteArrayInputStream(out.toByteArray());
           ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(ios);
           //返回生成的新对象
           cloneObj = (T) ois.readObject();
           ois.close();
      } catch (Exception e) {
           e.printStackTrace();
      }
       return cloneObj;
  }
}

第二步：定义一个person类

public class Person implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = 123456L;
private String name;
   //带参构造器
//getter、setter
   //toString方法
}

第三步：在Test2类中实现深度克隆

public class Test2 {
public static void main(String[] args) {
       Person person1 =  new Person("张三");  
       Person person2 =  CloneUtils.clone(person1);
       person2.setName("李四");
       Person person3 =  CloneUtils.clone(person1);
       person3.setName("王五");
       
       System.out.println("person1 "+person1.getName());
       System.out.println("person1 "+person2.getName());
       System.out.println("person1 "+person3.getName());
  }
}
//相应的输出是：张三、李四、王五

四、总结

好了，到这里我们对java序列化机制已经有了基本的了解了，从一开始的网络机制，到最后的深拷贝。总之，java提供的序列化机制还是比较常用的，也是比较简单的。但是并不是说，平时开发的时候这一种就可以满足了，还有一些问题java提供的序列化机制是不能满足我们的要求的。比如说跨语言之间的序列化。因为在当前的开发中，可能需要C语言和java进行通信。就比如我现在的项目需要无人机和服务端通信。无人机上的ros系统，另外的开发人员就是通过C++开发的，但是后端我使用java实现的，这就涉及到了这个问题。

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