Java 序列化 之 Serializable

概念

序列化:就是把对象转化成字节。 反序列化:把字节数据转换成对象。

对象序列化场景:

1、对象网络传输 例如:在微服务系统中或给第三方提供接口调用时,使用rpc进行调用,一般会把对象转化成字节序列,才能在网络上传输;接收方则需要把字节序列再转化为java对象。

2、对象保存至文件中 例如:hibernate中的二级缓存:把从数据库中查询出的对象,序列化转存到硬盘中,下次读取的时候,首先从内存中找是否有该对象,如果没有在去二级缓存(硬盘)中去查找。减少数据库的查询次数,提升性能。

3、tomcat的钝化和活化

  • tomcat 的session 钝化和活化之 StandarManager : 当Tomcat服务器关闭或者重启时tomcat服务器会将当前内存中的session对象钝化到服务器文件系统中; 另一种情况是web应用程序被重新加载时(其实原理也是重启tomcat),内存中的session对象也会被钝化到服务器的文件系统中 当系统启动时,会把序列化到硬盘上session重新加载到内存中来。这样用户还保持这登录状态,提供系统的可用性。 这样,tomcat重启,如果用户在tomcat重启之前登录过,然后在tomcat重启后可以不需要登录(前提是session没过期前,默认是30分钟过期)。
  • tomcat 的session 钝化和活化之 Persistentmanager: 当网站有大量用户访问的时候,服务器会创建大量的session,会占用大量的服务器内存资源,当用户开着浏览器一分钟不操作页面的话建议将session钝化,将session生成文件放在tomcat工作目录下。

可参考 : Tomcat 之 Session的活化和钝化 源码分析

1. java 序列化 Serializable

java 中只要对象实现了 java.io.Serializable 就可以进行序列化。

public class User implements Serializable {
    private String userName;
    private String password;
    private String addr;

    public String getUserName() {
        return userName;
    }
    public void setUserName(String userName) {
        this.userName = userName;
    }
    public String getPassword() {
        return password;
    }
    public void setPassword(String password) {
        this.password = password;
    }
    public String getAddr() {
        return addr;
    }
    public void setAddr(String addr) {
        this.addr = addr;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "User [userName=" + userName + ", password=" + password + ", addr=" + addr + "]";
    }
}

该 User 类实现了 Serializable 接口,那么该类应该怎么序列化和发序列化呢?

2. ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream

Java IO 包中为我们提供了 ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream 两个类。 java.io.ObjectOutputStream 类实现类的序列化功能。 java.io.ObjectInputStream 类实现了反序列化功能。

示例如下:

public class Test{
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        File file = new File("d:\\a.user");
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
        User user1 = new User();
        user1.setUserName("zhangsan");
        user1.setPassword("123456");
        user1.setAddr("北京中关村");
        oos.writeObject(user1);
        
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        User user2 = (User)ois.readObject();
        System.out.println(user2);
    }
}

输出结果: User [userName=zhangsan, password=123456, addr=北京中关村]

  1. 使用 ObjectOutputStream 把 user1 实例序列化到 d:\user 文件中。
  2. 使用 ObjectInputStream 把 d:\user 文件中的数据反序列化成 user2 实,并打印。

如果考虑安全问题,我们不想把密码序列化进行保存,那么该怎么做呢?

3. transient关键字

当某个字段被声明为transient后,默认序列化机制就会忽略该字段。此处将User类中的password字段声明为transient,如下所示,

public class User implements Serializable {
    private String userName;
    private transient String password;
    private String addr;
    ... ...

然后在执行Test类的 main 方法,执行结果如下:

输出结果: User [userName=zhangsan, password=null, addr=北京中关村]


当我们把 User 对象序列化保存到文件中,这时 User 类结构添加了一个新字段,那么它能成功反序列化吗?

serialVersionUID的作用

User 类中添加一个新属性 email 字段,如下图:

然后再执行反序列化

执行结果如下:

Exception in thread "main" java.io.InvalidClassException: cn.com.infcn.serial.User; local class incompatible: stream classdesc serialVersionUID = 1318824539146791009, local class serialVersionUID = 7884536922902331245

执行反序列化报 java.io.InvalidClassException 异常。这是由于 User 类修改了, 也就是修改过后的class,不兼容了,处于安全机制考虑,程序抛出了错误,并且拒绝载入。从异常信息中可以看出,它是根据 serialVersionUID 值进行判断类是否修改过。

如果在添加新字段 email 后,还可以继续加载之前的字段怎么办呢?

我们可以在类中添加 serialVersionUID 属性字段。

serialVersionUID 的值和报错中的 "stream classdesc serialVersionUID" 的值一样就可以反序列化了。

如果类中没有显示的声明 serialVersionUID 属性,那么java编译器会自动为我们生成一个 serialVersionUID (应该是根据 属性和方法进行摘要算出来的,方法里面内容变动 serialVersionUID 的值不会改变。)

如果 User 对象升级版本,修改了结构,而且不想兼容之前的版本,那么只需要修改下 serialVersionUID 的值就可以了。

建议,每个需要序列化的对象,都要添加一个 serialVersionUID 字段。

如果需要把设置的 transient 的字段也需要序列化和发序列化,我们应该怎么办?我们需要对密码加密序列化,反序列化后解密处理,又应该怎么做?

readObject 和 writeObject

crypto 方法,实现加解密功能。
    /**
     * 简单加密加密解密字符串 加密解密思路:先将字符串变成byte数组,再将数组每位与key做位运算,得到新的数组就是加密或解密后的byte数组.
     * 知识:^ 是java位运算,可以百度了解下,a = b ^ skey 反之也成立,即b = a ^ skey
     * 
     * @param str 解密/加密 字符串
     * @return
     * @throws Exception
     */
    static String crypto(String str) {
        try {
            byte skey = (byte) 88; //密钥
            byte[] bytes = str.getBytes("GBK");

            for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
                bytes[i] = (byte) (bytes[i] ^ skey);
            }
            return new String(bytes, "GBK");
        } catch (Exception ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

我们只需要在当前 User 类中添加 readObject() 和 writeObject() 方法,在 writeObject 方法中实现对 password 的字段加密,在 readObject 方法中实现对 password 字段解密,并赋值给 User 对象即可。

readObject() 和 writeObject() 可以实现对 transient 和 非transient字段进行序列化。

ArrayList 序列化源码分析

我们知道,ArrayList 是通过数组进行存储数据的,当数组中元素达到数组的最大容量时,会自动生成一个更大的数组,并复制到更大的数组中。

打开ArrayList 源码,我们可以知道,数据是存储在 Object[] elementData 数组中。 该属性是 transient 关键字修饰的,通过上面代码可以知道,用 transient 关键字修饰的字段,默认是不能被序列化的。ArrayList 如果要实现序列化,那么就必须通过 readObject() 和 writeObject() 方法去实现序列化,那么他这是多此一举吗?

writeObject() 方法

通过源码,我们可以看到,ArrayList 序列化数组元素时做了优化。 因为 ArrayList 的 elementData 数组大小,不是ArrayList 的实际容量,这里只把实际存储在 elementData中的数据,进行序列化。这样减少了序列化的流大小。

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