java serializable 序列化

对象的串行化（Serialization）


一、串行化的概念和目的

1.什么是串行化

            对象的寿命通常随着生成该对象的程序的终止而终止。有时候，可能需要将对象的状态保存下来，在需要时再将对象恢复。我们把对象的这种能记录自己的状态以便将来再生的能力。叫作对象的持续性(persistence)。对象通过写出描述自己状态的数值来记录自己 ，这个过程叫对象的串行化(Serialization) 。串行化的主要任务是写出对象实例变量的数值。如果交量是另一对象的引用，则引用的对象也要串行化。这个过程是递归的，串行化可能要涉及一个复杂树结构的单行化，包括原有对象、对象的对象、对象的对象的对象等等。对象所有权的层次结构称为图表(graph)。

2.串行化的目的

            Java对象的单行化的目标是为Java的运行环境提供一组特性，如下所示：

1)       尽量保持对象串行化的简单扼要 ，但要提供一种途径使其可根据开发者的要求进行扩展或定制。

2)       串行化机制应严格遵守Java的对象模型 。对象的串行化状态中应该存有所有的关于种类的安全特性的信息。

3)       对象的串行化机制应支持Java的对象持续性。

4)       对象的串行化机制应有足够的 可扩展能力以支持对象的远程方法调用(RMI)。

5)       对象串行化应允许对象定义自身 的格式即其自身的数据流表示形式，可外部化接口来完成这项功能。







二、串行化方法
            从JDK1.1开始，Java语言提供了对象串行化机制 ，在java.io包中，接口Serialization用来作为实现对象串行化的工具 ，只有实现了Serialization的类的对象才可以被串行化。

            Serializable接口中没有任何的方法。当一个类声明要实现Serializable接口时，只是表明该类参加串行化协议，而不需要实现任何特殊的方法。下面我们通过实例介绍如何对对象进行串行化。

1.定义一个可串行化对象

            一个类，如果要使其对象可以被串行化，必须实现Serializable接口。我们定义一个类Student如下：

1.import java.io.Serializable;  
2. 
3.public class Student implements Serializable {  
4. 
5.    int id;// 学号   
6. 
7.    String name;// 姓名   
8. 
9.    int age;// 年龄   
10. 
11.    String department; // 系别   
12. 
13.    public Student(int id, String name, int age, String department) {  
14. 
15.        this.id = id;  
16. 
17.        this.name = name;  
18. 
19.        this.age = age;  
20. 
21.        this.department = department;  
22. 
23.    }  
24. 
25.}  
2.构造对象的输入／输出流

            要串行化一个对象，必须与一定的对象输出／输入流联系起来，通过对象输出流将对象状态保存下来，再通过对象输入流将对象状态恢复。

            java.io包中，提供了ObjectInputStream和ObjectOutputStream将数据流功能扩展至可读写对象 。在ObjectInputStream 中用readObject()方法可以直接读取一个对象，ObjectOutputStream中用writeObject()方法可以直接将对象保存到输出流中。

1.import java.io.FileInputStream;  
2.import java.io.FileOutputStream;  
3.import java.io.IOException;  
4.import java.io.ObjectInputStream;  
5.import java.io.ObjectOutputStream;  
6. 
7.public class ObjectSer {  
8. 
9.    public static void main(String args[]) throws IOException,  
10.            ClassNotFoundException {  
11. 
12.        Student stu = new Student(981036, "LiuMing", 18, "CSD");  
13. 
14.        FileOutputStream fo = new FileOutputStream("data.ser");  
15. 
16.        ObjectOutputStream so = new ObjectOutputStream(fo);  
17. 
18.        try {  
19. 
20.            so.writeObject(stu);  
21. 
22.            so.close();  
23. 
24.        } catch (IOException e) {  
25.            System.out.println(e);  
26.        }  
27. 
28.        stu = null;  
29. 
30.        FileInputStream fi = new FileInputStream("data.ser");  
31. 
32.        ObjectInputStream si = new ObjectInputStream(fi);  
33. 
34.        try {  
35. 
36.            stu = (Student) si.readObject();  
37. 
38.            si.close();  
39. 
40.        } catch (IOException e)  
41. 
42.        {  
43.            System.out.println(e);  
44.        }  
45. 
46.        System.out.println("Student Info:");  
47. 
48.        System.out.println("ID:" + stu.id);  
49. 
50.        System.out.println("Name:" + stu.name);  
51. 
52.        System.out.println("Age:" + stu.age);  
53. 
54.        System.out.println("Dep:" + stu.department);  
55. 
56.    }  
57. 
58.}  
运行结果如下：

        Student Info:

　　ID:981036

　　Name:LiuMing

　　Age:18

　　Dep:CSD





            在这个例子中，我们首先定义了一个类Student，实现了Serializable接口 ，然后通过对象输出流的writeObject()方法将Student对象保存到文件 data.ser中 。之后，通过对家输入流的readObjcet()方法从文件data.ser中读出保存下来的Student对象 。从运行结果可以看到，通过串行化机制，可以正确地保存和恢复对象的状态。

三、串行化的注意事项
1.串行化能保存的元素

            串行化只能保存对象的非静态成员交量，不能保存任何的成员方法和静态的成员变量，而且串行化保存的只是变量的值，对于变量的任何修饰符都不能保存。

2.transient关键字

            对于某些类型的对象，其状态是瞬时的，这样的对象是无法保存其状态的。例如一个Thread对象或一个FileInputStream对象 ，对于这些字段，我们必须用transient关键字标明，否则编译器将报措。

            另外 ，串行化可能涉及将对象存放到 磁盘上或在网络上发达数据，这时候就会产生安全问题。因为数据位于Java运行环境之外，不在Java安全机制的控制之中。对于这些需要保密的字段，不应保存在永久介质中 ，或者不应简单地不加处理地保存下来 ，为了保证安全性。应该在这些字段前加上transient关键字。

下面是java规范中对transient关键字的解释：  
      The   transient   marker   is   not   fully   specified   by   The   Java   Language     Specification   but   is   used   in   object   serialization   to   mark   member   variables   that   should   not   be   serialized.



以下是transient的一个应用举例:

//LoggingInfo.java
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.util.Date;
public class LoggingInfo implements java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
private Date loggingDate = new Date();
private String uid;
private transient String pwd;
LoggingInfo(String user, String password) {
uid = user;
pwd = password;
}
public String toString() {
String password = null;
if (pwd == null) {
password = "NOT SET";
} else {
password = pwd;
}
return "logon info: \n   " + "user: " + uid + "\n   logging date : "
+ loggingDate.toString() + "\n   password: " + password;
}
public static void main(String[] args) {
LoggingInfo logInfo = new LoggingInfo("MIKE", "MECHANICS");
System.out.println(logInfo.toString());
try {
ObjectOutputStream o = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(
"logInfo.out"));
o.writeObject(logInfo);
o.close();
} catch (Exception e) {// deal with exception
}
// To read the object back, we can write
try {
ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
"logInfo.out"));
LoggingInfo logInfo1 = (LoggingInfo) in.readObject();
System.out.println(logInfo1.toString());
} catch (Exception e) {// deal with exception
}
}
}

相关注意事项
    a）序列化时，只对对象的状态进行保存，而不管对象的方法；
    b）当一个父类实现序列化，子类自动实现序列化，不需要显式实现Serializable接口；
    c）当一个对象的实例变量引用其他对象，序列化该对象时也把引用对象进行序列化；
    d）并非所有的对象都可以序列化，,至于为什么不可以，有很多原因了,比如：
        1.安全方面的原因，比如一个对象拥有private，public等field，对于一个要传输的对象，比如写到文件，或者进行rmi传输  等等，在序列化进行传输的过程中，这个对象的private等域是不受保护的。
       2. 资源分配方面的原因，比如socket，thread类，如果可以序列化，进行传输或者保存，也无法对他们进行重新的资源分  配，而且，也是没有必要这样实现。


                   java serializable深入了解


将 Java 对象序列化为二进制文件的 Java 序列化技术是 Java 系列技术中一个较为重要的技术点，在大部分情况下，开发人员只需要了解被序列化的类需要实现 Serializable 接口，使用 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream 进行对象的读写。然而在有些情况下，光知道这些还远远不够，文章列举了笔者遇到的一些真实情境，它们与 Java 序列化相关，通过分析情境出现的原因，使读者轻松牢记 Java 序列化中的一些高级认识。


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文章结构

本文将逐一的介绍几个情境，顺序如下面的列表。

•序列化 ID 的问题
•静态变量序列化
•父类的序列化与 Transient 关键字
•对敏感字段加密
•序列化存储规则
列表的每一部分讲述了一个单独的情境，读者可以分别查看。


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序列化 ID 问题

情境：两个客户端 A 和 B 试图通过网络传递对象数据，A 端将对象 C 序列化为二进制数据再传给 B，B 反序列化得到 C。

问题：C 对象的全类路径假设为 com.inout.Test，在 A 和 B 端都有这么一个类文件，功能代码完全一致。也都实现了 Serializable 接口，但是反序列化时总是提示不成功。

解决：虚拟机是否允许反序列化，不仅取决于类路径和功能代码是否一致，一个非常重要的一点是两个类的序列化 ID 是否一致（就是 private static final long serialVersionUID = 1L）。清单 1 中，虽然两个类的功能代码完全一致，但是序列化 ID 不同，他们无法相互序列化和反序列化。


清单 1. 相同功能代码不同序列化 ID 的类对比

package com.inout;

import java.io.Serializable;

public class A implements Serializable {

private static final long serialVersionUID = 1L;

private String name;

public String getName()
{
return name;
}

public void setName(String name)
{
this.name = name;
}
}

package com.inout;

import java.io.Serializable;

public class A implements Serializable {

private static final long serialVersionUID = 2L;

private String name;

public String getName()
{
return name;
}

public void setName(String name)
{
this.name = name;
}
}



序列化 ID 在 Eclipse 下提供了两种生成策略，一个是固定的 1L，一个是随机生成一个不重复的 long 类型数据（实际上是使用 JDK 工具生成），在这里有一个建议，如果没有特殊需求，就是用默认的 1L 就可以，这样可以确保代码一致时反序列化成功。那么随机生成的序列化 ID 有什么作用呢，有些时候，通过改变序列化 ID 可以用来限制某些用户的使用。

特性使用案例

读者应该听过 Façade 模式，它是为应用程序提供统一的访问接口，案例程序中的 Client 客户端使用了该模式，案例程序结构图如图 1 所示。


图 1. 案例程序结构


Client 端通过 Façade Object 才可以与业务逻辑对象进行交互。而客户端的 Façade Object 不能直接由 Client 生成，而是需要 Server 端生成，然后序列化后通过网络将二进制对象数据传给 Client，Client 负责反序列化得到 Façade 对象。该模式可以使得 Client 端程序的使用需要服务器端的许可，同时 Client 端和服务器端的 Façade Object 类需要保持一致。当服务器端想要进行版本更新时，只要将服务器端的 Façade Object 类的序列化 ID 再次生成，当 Client 端反序列化 Façade Object 就会失败，也就是强制 Client 端从服务器端获取最新程序。


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静态变量序列化

情境：查看清单 2 的代码。


清单 2. 静态变量序列化问题代码

public class Test implements Serializable {

private static final long serialVersionUID = 1L;

public static int staticVar = 5;

public static void main(String[] args) {
try {
//初始时staticVar为5
ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(
new FileOutputStream("result.obj"));
out.writeObject(new Test());
out.close();

//序列化后修改为10
Test.staticVar = 10;

ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
"result.obj"));
Test t = (Test) oin.readObject();
oin.close();

//再读取，通过t.staticVar打印新的值
System.out.println(t.staticVar);

} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}



清单 2 中的 main 方法，将对象序列化后，修改静态变量的数值，再将序列化对象读取出来，然后通过读取出来的对象获得静态变量的数值并打印出来。依照清单 2，这个 System.out.println(t.staticVar) 语句输出的是 10 还是 5 呢？

最后的输出是 10，对于无法理解的读者认为，打印的 staticVar 是从读取的对象里获得的，应该是保存时的状态才对。之所以打印 10 的原因在于序列化时，并不保存静态变量，这其实比较容易理解，序列化保存的是对象的状态，静态变量属于类的状态，因此 序列化并不保存静态变量。


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父类的序列化与 Transient 关键字

情境：一个子类实现了 Serializable 接口，它的父类都没有实现 Serializable 接口，序列化该子类对象，然后反序列化后输出父类定义的某变量的数值，该变量数值与序列化时的数值不同。

解决：要想将父类对象也序列化，就需要让父类也实现Serializable 接口。如果父类不实现的话的，就 需要有默认的无参的构造函数。在父类没有实现 Serializable 接口时，虚拟机是不会序列化父对象的，而一个 Java 对象的构造必须先有父对象，才有子对象，反序列化也不例外。所以反序列化时，为了构造父对象，只能调用父类的无参构造函数作为默认的父对象。因此当我们取父对象的变量值时，它的值是调用父类无参构造函数后的值。如果你考虑到这种序列化的情况，在父类无参构造函数中对变量进行初始化，否则的话，父类变量值都是默认声明的值，如 int 型的默认是 0，string 型的默认是 null。

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。

特性使用案例

我们熟悉使用 Transient 关键字可以使得字段不被序列化，那么还有别的方法吗？根据父类对象序列化的规则，我们可以将不需要被序列化的字段抽取出来放到父类中，子类实现 Serializable 接口，父类不实现，根据父类序列化规则，父类的字段数据将不被序列化，形成类图如图 2 所示。


图 2. 案例程序类图


上图中可以看出，attr1、attr2、attr3、attr5 都不会被序列化，放在父类中的好处在于当有另外一个 Child 类时，attr1、attr2、attr3 依然不会被序列化，不用重复抒写 transient，代码简洁。


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对敏感字段加密

情境：服务器端给客户端发送序列化对象数据，对象中有一些数据是敏感的，比如密码字符串等，希望对该密码字段在序列化时，进行加密，而客户端如果拥有解密的密钥，只有在客户端进行反序列化时，才可以对密码进行读取，这样可以一定程度保证序列化对象的数据安全。

解决：在序列化过程中，虚拟机会试图调用对象类里的 writeObject 和 readObject 方法，进行用户自定义的序列化和反序列化，如果没有这样的方法，则默认调用是 ObjectOutputStream 的 defaultWriteObject 方法以及 ObjectInputStream 的 defaultReadObject 方法。用户自定义的 writeObject 和 readObject 方法可以允许用户控制序列化的过程，比如可以在序列化的过程中动态改变序列化的数值。基于这个原理，可以在实际应用中得到使用，用于敏感字段的加密工作，清单 3 展示了这个过程。


清单 3. 静态变量序列化问题代码

private static final long serialVersionUID = 1L;

private String password = "pass";

public String getPassword() {
return password;
}

public void setPassword(String password) {
this.password = password;
}

private void writeObject(ObjectOutputStream out) {
try {
PutField putFields = out.putFields();
System.out.println("原密码:" + password);
password = "encryption";//模拟加密
putFields.put("password", password);
System.out.println("加密后的密码" + password);
out.writeFields();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}

private void readObject(ObjectInputStream in) {
try {
GetField readFields = in.readFields();
Object object = readFields.get("password", "");
System.out.println("要解密的字符串:" + object.toString());
password = "pass";//模拟解密,需要获得本地的密钥
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}

}

public static void main(String[] args) {
try {
ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(
new FileOutputStream("result.obj"));
out.writeObject(new Test());
out.close();

ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
"result.obj"));
Test t = (Test) oin.readObject();
System.out.println("解密后的字符串:" + t.getPassword());
oin.close();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}



在清单 3 的 writeObject 方法中，对密码进行了加密，在 readObject 中则对 password 进行解密，只有拥有密钥的客户端，才可以正确的解析出密码，确保了数据的安全。执行清单 3 后控制台输出如图 3 所示。


图 3. 数据加密演示


特性使用案例

RMI 技术是完全基于 Java 序列化技术的，服务器端接口调用所需要的参数对象来至于客户端，它们通过网络相互传输。这就涉及 RMI 的安全传输的问题。一些敏感的字段，如用户名密码（用户登录时需要对密码进行传输），我们希望对其进行加密，这时，就可以采用本节介绍的方法在客户端对密码进行加密，服务器端进行解密，确保数据传输的安全性。


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序列化存储规则

情境：问题代码如清单 4 所示。


清单 4. 存储规则问题代码

ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(
new FileOutputStream("result.obj"));
Test test = new Test();
//试图将对象两次写入文件
out.writeObject(test);
out.flush();
System.out.println(new File("result.obj").length());
out.writeObject(test);
out.close();
System.out.println(new File("result.obj").length());

ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
"result.obj"));
//从文件依次读出两个文件
Test t1 = (Test) oin.readObject();
Test t2 = (Test) oin.readObject();
oin.close();

//判断两个引用是否指向同一个对象
System.out.println(t1 == t2);



清单 3 中对同一对象两次写入文件，打印出写入一次对象后的存储大小和写入两次后的存储大小，然后从文件中反序列化出两个对象，比较这两个对象是否为同一对象。一般的思维是，两次写入对象，文件大小会变为两倍的大小，反序列化时，由于从文件读取，生成了两个对象，判断相等时应该是输入 false 才对，但是最后结果输出如图 4 所示。


图 4. 示例程序输出


我们看到，第二次写入对象时文件只增加了 5 字节，并且两个对象是相等的，这是为什么呢？

解答：Java 序列化机制为了节省磁盘空间，具有特定的存储规则，当写入文件的为同一对象时，并不会再将对象的内容进行存储，而只是再次存储一份引用，上面增加的 5 字节的存储空间就是新增引用和一些控制信息的空间。反序列化时，恢复引用关系，使得清单 3 中的 t1 和 t2 指向唯一的对象，二者相等，输出 true。该存储规则极大的节省了存储空间。

特性案例分析

查看清单 5 的代码。


清单 5. 案例代码

ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("result.obj"));
Test test = new Test();
test.i = 1;
out.writeObject(test);
out.flush();
test.i = 2;
out.writeObject(test);
out.close();
ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
"result.obj"));
Test t1 = (Test) oin.readObject();
Test t2 = (Test) oin.readObject();
System.out.println(t1.i);
System.out.println(t2.i);



清单 4 的目的是希望将 test 对象两次保存到 result.obj 文件中，写入一次以后修改对象属性值再次保存第二次，然后从 result.obj 中再依次读出两个对象，输出这两个对象的 i 属性值。案例代码的目的原本是希望一次性传输对象修改前后的状态。

结果两个输出的都是 1， 原因就是第一次写入对象以后，第二次再试图写的时候，虚拟机根据引用关系知道已经有一个相同对象已经写入文件，因此只保存第二次写的引用，所以读取时，都是第一次保存的对象。读者在使用一个文件多次 writeObject 需要特别注意这个问题。


http://www.blogjava.net/liuganquan/archive/2007/04/22/112591.html