前几天室友问我“序列化是做什么的,为什么要序列化,内存中不就可以直接把对象作为参数传来传去嘛”
序列化问题虽然基础,但是还是做一个简单的小结吧,上面三个问题很有代表性,一并回答。
序列化是做什么的?
序列化(Serialization)是一种将对象转换为一连串字节描述的过程,可以使你将一个对象写入一个Byte流中。一旦写入流中,就成IO问题了,你可以用于传输,也可以将其持久化,存数据库或者文件等等。
反序列化(deserialization)顾名思义,根据这些字节重建对象。
为什么要序列化,而不能像在内存中那样把对象作为参数直接传输?
这里首先要确定一件事,内存中将对象作为参数传递其实只是传递对象的引用(指针)。
就如我们熟知的继承,并非是将父类对象保存在子类对象中,而是子类对象包含了父类的引用。在Java内部,继承是通过隐式的组合实现的。子类对象中会保存一个实例对象的引用super,引用指向其父类。实际的方法调用中,java会优先在当前类对象中寻找名称相同的方法,如果没有,进根据super引用到父类对象中去寻找,所以,如果父类方法在子类中得到重写,java会调用子类的方法,而不会调用被重写的父类方法。这也是多态的实现机制。
到这里,基本就明白了,内存传来传去的都是地址而已,如果直接将其直接存库,到时候内存又经过刷洗,你从库中取出来的地址无疑是刻舟求剑。
java的优势在于跨平台,尤其在分布式环境中,传递对象是非常普遍的,既然涉及到了传输,势必有相应的协议,序列化就是为了解决这个问题而提出的。
如何序列化一个对象
对象能够序列化的前提是实现了serialization接口,奇怪的是这个接口没有方法,更像一个标示,有这个这个标记的class就能被序列化机制处理。
import java.io.Serializable; class TestSerial implements Serializable { public byte version = 100; public byte count = 0; }
然后我们写个程序将对象序列化并输出。ObjectOutputStream能把Object输出成Byte流。我们将Byte流暂时存储到temp.out文件里。
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(); }
如果要从持久的文件中读取Bytes重建对象,我们可以使用ObjectInputStream。
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); }
执行结果为
100.
对象的序列化格式
将一个对象序列化后是什么样子呢?打开刚才我们将对象序列化输出的temp.out文件,以16进制方式显示。内容应该如下:
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
这一坨字节就是用来描述序列化以后的
TestSerial对象的,我们注意到TestSerial类中只有两个域:
public byte version = 100;
public byte count = 0;
且都是byte型,理论上存储这两个域只需要2个byte,但是实际上temp.out占据空间为51bytes,也就是说除了数据以外,还包括了对序列化对象的其他描述。
Java的序列化算法
序列化算法一般会按步骤做如下事情:
◆将对象实例相关的类元数据输出。
◆递归地输出类的超类描述直到不再有超类。
◆类元数据完了以后,开始从最顶层的超类开始输出对象实例的实际数据值。
◆从上至下递归输出实例的数据
我们用另一个更完整覆盖所有可能出现的情况的例子来说明:
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(); } }
这个例子是相当的直白啦。SerialTest类实现了Parent超类,内部还持有一个Container对象。
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
我们来仔细看看这些字节都代表了啥。开头部分,见颜色:
-
AC ED: STREAM_MAGIC. 声明使用了序列化协议.
-
00 05: STREAM_VERSION. 序列化协议版本.
-
0x73: TC_OBJECT. 声明这是一个新的对象.
序列化算法的第一步就是输出对象相关类的描述。例子所示对象为SerialTest类实例,因此接下来输出SerialTest类的描述。见颜色:
-
0x72: TC_CLASSDESC. 声明这里开始一个新Class。
-
00 0A: Class名字的长度.
-
53 65 72 69 61 6c 54 65 73 74: SerialTest,Class类名.
-
05 52 81 5A AC 66 02 F6: SerialVersionUID, 序列化ID,如果没有指定,则会由算法随机生成一个8byte的ID.
-
0x02: 标记号. 该值声明该对象支持序列化。
-
00 02: 该类所包含的域个数。
接下来,算法输出其中的一个域,int version=66;见颜色:
-
0x49: 域类型. 49 代表"I", 也就是Int.
-
00 07: 域名字的长度.
-
76 65 72 73 69 6F 6E: version,域名字描述.
然后,算法输出下一个域,contain con = new contain();这个有点特殊,是个对象。描述对象类型引用时需要使用JVM的标准对象签名表示法,见颜色:
-
0x4C: 域的类型.
-
00 03: 域名字长度.
-
63 6F 6E: 域名字描述,con
-
0x74: TC_STRING. 代表一个new String.用String来引用对象。
-
00 09: 该String长度.
-
4C 63 6F 6E 74 61 69 6E 3B: Lcontain;, JVM的标准对象签名表示法.
-
0x78: TC_ENDBLOCKDATA,对象数据块结束的标志
.接下来算法就会输出超类也就是Parent类描述了,见颜色:
-
0x72: TC_CLASSDESC. 声明这个是个新类.
-
00 06: 类名长度.
-
70 61 72 65 6E 74: parent,类名描述。
-
0E DB D2 BD 85 EE 63 7A: SerialVersionUID, 序列化ID.
-
0x02: 标记号. 该值声明该对象支持序列化.
-
00 01: 类中域的个数.
下一步,输出parent类的域描述,int parentVersion=100;同见颜色:
-
0x49: 域类型. 49 代表"I", 也就是Int.
-
00 0D: 域名字长度.
-
70 61 72 65 6E 74 56 65 72 73 69 6F 6E: parentVersion,域名字描述。
-
0x78: TC_ENDBLOCKDATA,对象块结束的标志。
-
0x70: TC_NULL, 说明没有其他超类的标志。.
到此为止,算法已经对所有的类的描述都做了输出。下一步就是把实例对象的实际值输出了。这时候是从parent Class的域开始的,见颜色:
-
00 00 00 0A: 10, parentVersion域的值.
还有SerialTest类的域:
-
00 00 00 42: 66, version域的值.
再往后的bytes比较有意思,算法需要描述contain类的信息,要记住,现在还没有对contain类进行过描述,见颜色:
-
0x73: TC_OBJECT, 声明这是一个新的对象.
-
0x72: TC_CLASSDESC声明这里开始一个新Class.
-
00 07: 类名的长度.
-
63 6F 6E 74 61 69 6E: contain,类名描述.
-
FC BB E6 0E FB CB 60 C7: SerialVersionUID, 序列化ID.
-
0x02: Various flags. 标记号. 该值声明该对象支持序列化
-
00 01: 类内的域个数。
.输出contain的唯一的域描述,int containVersion=11;
-
0x49: 域类型. 49 代表"I", 也就是Int..
-
00 0E: 域名字长度.
-
63 6F 6E 74 61 69 6E 56 65 72 73 69 6F 6E: containVersion, 域名字描述.
-
0x78: TC_ENDBLOCKDATA对象块结束的标志.
这时,序列化算法会检查contain是否有超类,如果有的话会接着输出。
-
0x70:TC_NULL,没有超类了。
最后,将contain类实际域值输出。
-
00 00 00 0B: 11, containVersion的值.
OK,我们讨论了java序列化的机制和原理,希望能对同学们有所帮助。
PS:有一点需要特别注意,根据上面的序列化之后的字节码,我们可以看到,父类和组合对象都被序列化了,所以序列化对象中不能出现循环引用。比如 tree 结构,root节点中指向了一个child节点,child节点就不能再指向root节点了
例如:平时编程的时候会经常用到指向自己父节点的树形结构,这样的数据结构是不能被序列化的,原因是会引起无限循环
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