面试题:Java序列化与反序列化

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序列化和反序列化的概念

当我们在Java中创建对象的时候,对象会一直存在,直到程序终止时。但有时候可能存在一种"持久化"场景:我们需要让对象能够在程序不运行的情况下,仍能存在并保存其信息。当程序再次运行时 还可以通过该对象的保存下来的信息 来重建该对象。序列化和反序列化 就应运而生了,序列化机制可以使对象可以脱离程序的运行而独立存在。

  • 序列化: 将对象转换成二进制字节流的过程
  • 反序列化:从二进制字节流中恢复对象的过程

应用场景?

  1. 对象在进行网络传输的时候,需要先被序列化,接收到序列化的对象之后需要再进行反序列化;比如远程方法调用 RPC
  2. 将对象存储到文件中的时候需要进行序列化,将对象从文件中读取出来需要进行反序列化。
  3. 将对象存储到内存中,需要进行序列化,将对象从内存中读取出来需要进行反序列化。
  4. 将对象存储到数据库(如 Redis)时,需要用到序列化,将对象从缓存数据库中读取出来需要反序列化。

面试题:Java序列化与反序列化插图

序列化实现的方式

如果使用Jdk自带的序列化方式实现对象序列化的话,那么这个类应该实现Serializable接口或者Externalizable接口

继承Serializable接口,普通序列化

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;

    public User(int age, String name) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    public static long getSerialVersionUID() {
        return serialVersionUID;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

然后我们编写一下测试类:

public class serTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception, IOException {
        SerializeUser();
        DeSerializeUser();
    }

    /**
     * 序列化方法
     * @throws IOException
     */
    private static void SerializeUser() throws  IOException {
        User user = new User(11, "小张");

        //序列化对象到指定的文件中
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\Users\jun\Desktop\example"));
        oos.writeObject(user);
        oos.close();
        System.out.println("序列化对象成功");
    }

    /**
     * 反序列化方法
     * @throws IOException
     * @throws ClassNotFoundException
     */
    private static void DeSerializeUser() throws  IOException, ClassNotFoundException {
        //读取指定的文件
        File file = new File("C:\Users\jun\Desktop\example");
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        User newUser = (User)ois.readObject();
        System.out.println("反序列化对象成功:"+ newUser.getName()+ ","+newUser.getAge());
    }
}

结果:

序列化对象成功
反序列化对象成功:小张,11

一个对象想要被序列化,那么它的类就要继承Serializable接口或者它的子接口

继承Serializable接口类的所有属性(包括private属性、包括其引用的对象)都可以被序列化和反序列化来保存、传递。如果不想序列化的字段可以使用transient关键字修饰

private int age;
private String name;
private transient password;//属性:密码,不想被序列化

我们需要注意的是:使用transient关键字阻止序列化虽然简单方便,但被它修饰的属性被完全隔离在序列化机制之外,这必然会导致了在反序列化时无法获取该属性的值。
其实我们完全可以在通过在需要序列化的对象的Java类里加入writeObject()方法readObject()方法来控制如何序列化各属性,某些属性是否被序列化

如果User有一个属性是引用类型的呢?比如User其中有一个属性是类Person:

private Person person;

那如果要想User可以序列化,那Person类也必须得继承Serializable接口,不然程序会报错

另外大家应该注意到serialVersionUID了吧,在日常开发的过程中,经常遇到,暂且放放,我们后文再详细讲解

继承Externalizable接口,强制自定义序列化

对于Externalizable接口,我们需要知道以下几点:

  1. Externalizable继承自Serializable接口
  2. 需要我们重写writeExternal()与readExternal()方法,这是强制性的
  3. 实现Externalizable接口的类必须要提供一个public的无参的构造器,因为反序列化的时候需要反射创建对象
  4. Externalizable接口实现序列化,性能稍微比继承自Serializable接口好一点

首先我们定义一个对象类ExUser

public class ExUser implements Externalizable {
    private int age;
    private String name;

    //注意,必须加上pulic 无参构造器
    public ExUser() {
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

我们接着编写测试类:

public class serTest2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception, IOException {
        SerializeUser();
        DeSerializeUser();
    }

    /**
     * 序列化方法
     * @throws IOException
     */
    private static void SerializeUser() throws  IOException {
        ExUser user = new ExUser();
        user.setAge(10);
        user.setName("小王");

        //序列化对象到指定的文件中
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\Users\jun\Desktop\example"));
        oos.writeObject(user);
        oos.close();
        System.out.println("序列化对象成功");
    }

    /**
     * 反序列化方法
     * @throws IOException
     * @throws ClassNotFoundException
     */
    private static void DeSerializeUser() throws  IOException, ClassNotFoundException {
        File file = new File("C:\Users\jun\Desktop\example");
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        ExUser newUser = (ExUser)ois.readObject();
        System.out.println("反序列化对象成功:"+ newUser.getName()+ ","+newUser.getAge());
    }
}

结果:

序列化对象成功
反序列化对象成功:小王,10

因为序列化和反序列化方法需要自己实现,因此可以指定序列化哪些属性,transient关键字在这里是无效的。

Externalizable对象反序列化时,会先调用类的无参构造方法,这是有别于默认反序列方式的。如果把类的不带参数的构造方法删除,或者把该构造方法的访问权限设置为private、默认或protected级别,会抛出java.io.InvalidException: no valid constructor异常,因此Externalizable对象必须有默认构造函数,而且必需是public的。

serialVersionUID的作用

如果反序列化使用的serialVersionUID与序列化时使用的serialVersionUID不一致,会报InvalidCalssException异常。这样就保证了项目迭代升级前后的兼容性
serialVersionUID是序列化前后的唯一标识符,只要版本号serialVersionUID相同,即使更改了序列化属性,对象也可以正确被反序列化回来。
默认如果没有人为显式定义过serialVersionUID,那编译器会为它自动声明一个!

serialVersionUID有两种显式的生成方式:

  1. 默认的1L,比如:private static final long serialVersionUID = 1L;
  2. 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;

静态变量不会被序列化

凡是被static修饰的字段是不会被序列化的,我们来看一个例子:

//实体类
public class Student implements Serializable {
    private String name;
    public static Integer age;//静态变量



    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public static Integer getAge() {
        return age;
    }

    public static void setAge(Integer age) {
        Student.age = age;
    }
}

//测试类
public class shallowCopyTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Student student1 = new Student();
        student1.age = 11;

        //序列化,将数据写入指定的文件中
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D:\student1"));
        oos.writeObject(student1);
        oos.close();

        Student student2 = new Student();
        student2.age = 21;

        //序列化,将数据写入指定的文件中
        ObjectOutputStream oos2 = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D:\student2"));
        oos2.writeObject(student1);
        oos2.close();

        //读取指定的文件
        File file = new File("D:\student1");
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        Student student1_new = (Student)ois.readObject();
        System.out.println("反序列化对象,student1.age="+ student1_new.getAge());

        //读取指定的文件
        File file2 = new File("D:\student1");
        ObjectInputStream ois2 = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file2));
        Student student2_new = (Student)ois2.readObject();
        System.out.println("反序列化对象,student2.age="+ student2_new.getAge());


    }



}

结果:

反序列化对象,student1.age=21
反序列化对象,student2.age=21

为啥结果都是21
我们知道对象的序列化是操作的堆内存中的数据,而静态的变量又称作类变量,其数据存放在方法区里,类一加载,就初始化了。
又因为静态变量age没有被序列化,根本就没写入文件流中,所以我们打印的值其实一直都是当前Student类的静态变量age的值,而静态变量又是所有的对象共享的一个变量,所以就都是21

使用序列化实现深拷贝

我们再来看一个例子:

//实体类 继承Cloneable
public class Person implements Serializable{
    public String name;//姓名
    public int height;//身高
    public StringBuilder something;

...//省略 getter setter


    public Object deepClone() throws Exception{
        // 序列化
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
    
        oos.writeObject(this);
    
        // 反序列化
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
    
        return ois.readObject();
    }

}

//测试类,这边类名笔者就不换了,在之前的基础上改改
public class shallowCopyTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Person p1 = new Person("小张", 180, new StringBuilder("今天天气很好"));
        Person p2 = (Person)p1.deepClone();

        System.out.println("对象是否相等:"+ (p1 == p2));
        System.out.println("p1 属性值=" + p1.getName()+ ","+ p1.getHeight() + ","+ p1.getSomething());
        System.out.println("p2 属性值=" + p2.getName()+ ","+ p2.getHeight() + ","+ p2.getSomething());


        // change
        p1.setName("小王");
        p1.setHeight(200);
        p1.getSomething().append(",适合出去玩");
        System.out.println("...after p1 change....");

        System.out.println("p1 属性值=" + p1.getName()+ ","+ p1.getHeight() + ","+ p1.getSomething());
        System.out.println("p2 属性值=" + p2.getName()+ ","+ p2.getHeight() + ","+ p2.getSomething());

    }
}

结果:

对象是否相等:false
p1 属性值=小张,180,今天天气很好
p2 属性值=小张,180,今天天气很好
...after p1 change....
p1 属性值=小王,200,今天天气很好,适合出去玩
p2 属性值=小张,180,今天天气很好

详情见:https://mp.weixin.qq.com/s/M4--Btn24NIggq8UBdWvAw

常见序列化协议对比

除了JDK 自带的序列化方式,还有一些其他常见的序列化协议:

  1. 基于二进制: hessian、kyro、protostuff
  2. 文本类序列化方式: JSON 和 XML

采用哪种序列化方式,我们一般需要考虑序列化之后的数据大小,序列化的耗时,是否支持跨平台、语言,或者公司团队的技术积累。这边就不展开讲了,大家感兴趣自行去了解

小结

  1. JDK自带序列化方法一般有2种:继承Serializable接口继承Externalizable接口
  2. static修饰的类变量、transient修饰的实例变量都不会被序列化。
  3. 序列化对象的引用类型成员变量,也必须是可序列化的
  4. serialVersionUID 版本号是序列化和反序列化前后唯一标识,建议显式定义
  5. 序列化和反序列化的过程其实是有漏洞的,因为从序列化到反序列化是有中间过程的,如果被别人拿到了中间字节流,然后加以伪造或者篡改,反序列化出来的对象会有一定风险。可以重写readObject()方法,加以限制
  6. 除了JDK自带序列化方法,还有hessian、kyro、protostuff、 JSON 和 XML等

参考资料:
《On Java 8》
https://tech.meituan.com/2015/02/26/serialization-vs-deserialization.html
https://www.zhihu.com/question/26475281/answer/1898221893


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