【Java 基础篇】Java 对象序列化流详解

叁歲伎倆 2023-10-16 10:53 84阅读 0赞

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Java对象序列化流是Java编程中用于序列化和反序列化对象的机制之一。它允许我们将对象转换为字节序列，以便在网络上传输或将对象永久保存到磁盘上。本文将深入探讨Java对象序列化流的工作原理、用法以及一些注意事项。

## 什么是对象序列化？ ##

在深入了解Java对象序列化流之前，我们需要了解什么是对象序列化。对象序列化是一种将Java对象转换为字节流的过程，以便在不同的Java虚拟机之间进行通信，或者将对象持久化到磁盘上。反序列化是将字节流还原为Java对象的过程。

对象序列化提供了一种轻松地保存和还原Java对象状态的方法，而无需手动处理对象的字段。这对于分布式系统、持久性存储和跨平台数据交换非常有用。

## Java对象序列化流 ##

Java提供了两个主要的对象序列化流类：`ObjectOutputStream`和`ObjectInputStream`。让我们逐步了解它们的用法和工作原理。

### ObjectOutputStream ###

`ObjectOutputStream`用于将Java对象序列化为字节流。以下是使用`ObjectOutputStream`的基本步骤：

1.  创建一个`FileOutputStream`或`ByteArrayOutputStream`，用于将字节流写入文件或内存中。
2.  创建`ObjectOutputStream`，将其链接到文件输出流或字节数组输出流。
3.  使用`writeObject`方法将要序列化的对象写入`ObjectOutputStream`。
4.  最后，关闭`ObjectOutputStream`以确保所有缓冲的数据都被刷新到底层流。

下面是一个示例，演示如何使用`ObjectOutputStream`将一个`Person`对象序列化到文件中：

import java.io.FileOutputStream;
    import java.io.ObjectOutputStream;
    import java.io.Serializable;
    
    public class Person implements Serializable {
        
        private String name;
        private int age;
    
        public Person(String name, int age) {
        
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            try (FileOutputStream fileOut = new FileOutputStream("person.ser");
                 ObjectOutputStream objectOut = new ObjectOutputStream(fileOut)) {
        
    
                Person person = new Person("Alice", 30);
                objectOut.writeObject(person);
                System.out.println("Person object serialized successfully.");
    
            } catch (Exception e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

### ObjectInputStream ###

`ObjectInputStream`用于从字节流反序列化Java对象。以下是使用`ObjectInputStream`的基本步骤：

1.  创建一个`FileInputStream`或`ByteArrayInputStream`，用于从文件或内存中读取字节流。
2.  创建`ObjectInputStream`，将其链接到文件输入流或字节数组输入流。
3.  使用`readObject`方法从`ObjectInputStream`读取反序列化的对象。
4.  最后，关闭`ObjectInputStream`。

下面是一个示例，演示如何使用`ObjectInputStream`从文件中反序列化一个`Person`对象：

import java.io.FileInputStream;
    import java.io.ObjectInputStream;
    import java.io.Serializable;
    
    public class Person implements Serializable {
        
        // ... (与上面相同的Person类定义)
    
        public static void main(String[] args) {
        
            try (FileInputStream fileIn = new FileInputStream("person.ser");
                 ObjectInputStream objectIn = new ObjectInputStream(fileIn)) {
        
    
                Person person = (Person) objectIn.readObject();
                System.out.println("Name: " + person.name + ", Age: " + person.age);
    
            } catch (Exception e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

## Serializable接口 ##

在上述示例中，`Person`类实现了`Serializable`接口。这是一个标记接口，表示该类可以进行对象序列化。如果一个类没有实现`Serializable`接口，试图对其进行序列化将引发`java.io.NotSerializableException`异常。

需要注意的是，如果一个类的某些字段不应该被序列化，可以使用`transient`关键字来标记这些字段。这些字段将被忽略，不会包含在序列化的输出中。

## 序列化版本UID ##

每个可序列化的类都有一个称为序列化版本UID（SerialVersionUID）的唯一标识符。这是一个64位的long型数值，用于标识类的版本。如果您在序列化和反序列化过程中更改了类的结构，可能会导致版本不匹配，从而引发`InvalidClassException`异常。为了避免这种情况，可以显式定义版本UID，如下所示：

private static final long serialVersionUID = 123456789L;

## 序列化与安全性 ##

需要格外小心的是，反序列化操作可能存在安全风险，因为它可以执行来自未受信任来源的代码。要确保安全性，可以采取以下措施：

1.  **不要反序列化不受信任的数据**：只反序列化来自受信任来源的数据，或对数据进行严格验证。
2.  **使用`readResolve`方法**：如果您的类包含敏感信息，可以实现`readResolve`方法，以确保反序列化后的对象是单一实例。

## 常见用法及注意事项 ##

当涉及到Java对象序列化流的更多用法时，有一些高级功能和技巧，可以让您更好地掌握该主题。

### 自定义序列化与反序列化 ###

虽然Java对象序列化机制会自动将对象的字段序列化，但有时您可能需要更多的控制权来自定义序列化和反序列化过程。这可以通过实现以下两个方法来实现：

1.  **`writeObject`方法**：您可以在类中定义一个名为`writeObject`的方法，该方法会在对象被序列化时自动调用。您可以在这个方法中指定自定义的序列化逻辑，以满足特定需求。注意，这个方法必须是`private`的。
    
        private void writeObject(ObjectOutputStream out) throws IOException {
              
            // 自定义序列化逻辑
            out.defaultWriteObject(); // 调用默认的序列化逻辑
        }
2.  **`readObject`方法**：类似地，您可以定义一个名为`readObject`的方法，该方法会在对象被反序列化时自动调用。在这个方法中，您可以实现自定义的反序列化逻辑，以还原对象状态。
    
        private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
              
            // 自定义反序列化逻辑
            in.defaultReadObject(); // 调用默认的反序列化逻辑
        }

通过自定义这两个方法，您可以在序列化和反序列化过程中实现一些高级逻辑，例如加密、压缩或版本兼容性处理。

### 序列化集合和嵌套对象 ###

Java对象序列化机制能够处理包含集合和嵌套对象的复杂对象图。这意味着您可以序列化包括`ArrayList`、`HashMap`等集合对象，以及包含其他自定义序列化对象的复合对象。

import java.io.Serializable;
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    public class Student implements Serializable {
        
        private String name;
        private List<Course> courses;
    
        public Student(String name) {
        
            this.name = name;
            this.courses = new ArrayList<>();
        }
    
        public void addCourse(Course course) {
        
            courses.add(course);
        }
    }

在这个示例中，`Student`类包含一个`List`字段，用于存储学生所选的课程。`Course`类也必须是可序列化的。

### 序列化版本控制 ###

当您需要对类进行更改时，为了确保版本兼容性，可以使用`serialVersionUID`来控制序列化版本。如果您对一个已经序列化的类进行更改，并且没有提供`serialVersionUID`，Java会根据类的结构自动生成版本号。这可能会导致反序列化失败。

private static final long serialVersionUID = 123456789L;

通过显式定义`serialVersionUID`，您可以确保在对类进行更改后，仍然可以反序列化旧版本的对象。

### 序列化与跨平台通信 ###

Java对象序列化机制允许不同平台上的Java程序进行通信。这意味着您可以在不同操作系统和编程语言之间传递序列化的Java对象。这在构建分布式系统或与其他非Java应用程序进行通信时非常有用。

要注意的是，跨平台通信需要确保所有参与的系统都能理解序列化格式。此外，不同版本的Java可能会有不同的序列化实现，因此需要谨慎处理版本兼容性。

### 序列化的性能和安全性考虑 ###

虽然对象序列化提供了方便的方式来序列化和反序列化对象，但它可能会对性能产生一定的影响，尤其是在序列化大型对象时。在性能敏感的应用程序中，可能需要考虑替代的序列化方法，如JSON或Protocol Buffers。

此外，由于反序列化操作可能存在安全风险，反序列化不受信任的数据时需要格外小心。一些安全性措施包括限制反序列化操作，仅反序列化来自受信任源的数据，或对反序列化数据进行有效的验证。

总之，Java对象序列化提供了一种强大的机制来序列化和反序列化对象，但需要谨慎使用，并在高级用法中考虑性能和安全性问题。通过了解这些高级用法，您可以更好地应对复杂的序列化需求。

## 应用场景 ##

Java对象序列化通常用于以下情况：

*  **网络通信**：通过序列化和反序列化，可以在网络上轻松传输对象。
 *  **持久性存储**：将对象保存到文件或数据库中，以便以后重新加载。
 *  **分布式系统**：在分布式环境中，不同虚拟机之间可以通过序列化和反序列化来传递消息和数据。

## 总结 ##

Java对象序列化流提供了一种方便的方式来序列化和反序列化Java对象，以便在不同的应用程序和环境中传输和存储数据。在使用时，需要注意实现`Serializable`接口、管理版本UID以及处理潜在的安全性问题。通过了解和掌握对象序列化，您可以更好地应对分布式系统、网络通信和数据持久性等方面的编程需求。

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