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Java序列化的機(jī)制和原理

作者：longdick
開發(fā) 后端
本文講解了Java序列化的機(jī)制和原理。從文中你可以了解如何序列化一個(gè)對象，什么時(shí)候需要序列化以及Java序列化的算法。

有關(guān)Java對象的序列化和反序列化也算是Java基礎(chǔ)的一部分，下面對Java序列化的機(jī)制和原理進(jìn)行一些介紹。

Java序列化算法透析

Serialization（序列化）是一種將對象以一連串的字節(jié)描述的過程；反序列化deserialization是一種將這些字節(jié)重建成一個(gè)對象的過程。Java序列化API提供一種處理對象序列化的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制。在這里你能學(xué)到如何序列化一個(gè)對象，什么時(shí)候需要序列化以及Java序列化的算法，我們用一個(gè)實(shí)例來示范序列化以后的字節(jié)是如何描述一個(gè)對象的信息的。

序列化的必要性

Java中，一切都是對象，在分布式環(huán)境中經(jīng)常需要將Object從這一端網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備傳遞到另一端。這就需要有一種可以在兩端傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議。Java序列化機(jī)制就是為了解決這個(gè)問題而產(chǎn)生。

如何序列化一個(gè)對象

一個(gè)對象能夠序列化的前提是實(shí)現(xiàn)Serializable接口，Serializable接口沒有方法，更像是個(gè)標(biāo)記。有了這個(gè)標(biāo)記的Class就能被序列化機(jī)制處理。

  1. import java.io.Serializable;  
  2.  
  3. class TestSerial implements Serializable {  
  4.  
  5.        public byte version = 100;  
  6.  
  7.        public byte count = 0;  
  8.  
  9. } 

然后我們寫個(gè)程序?qū)ο笮蛄谢⑤敵觥?/SPAN>ObjectOutputStream能把Object輸出成Byte流。我們將Byte流暫時(shí)存儲(chǔ)到temp.out文件里。

  1. public static void main(String args[]) throws IOException {  
  2.  
  3.        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("temp.out");  
  4.  
  5.        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);  
  6.  
  7.        TestSerial ts = new TestSerial();  
  8.  
  9.        oos.writeObject(ts);  
  10.  
  11.        oos.flush();  
  12.  
  13.        oos.close();  
  14.  
  15. } 

如果要從持久的文件中讀取Bytes重建對象，我們可以使用ObjectInputStream。  

  1. public static void main(String args[]) throws IOException {  
  2.  
  3.        FileInputStream fis = new FileInputStream("temp.out");  
  4.  
  5.        ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(fis);  
  6.  
  7.        TestSerial ts = (TestSerial) oin.readObject();  
  8.  
  9.        System.out.println("version="+ts.version);  
  10.  
  11. } 

執(zhí)行結(jié)果為

100.

對象的序列化格式

將一個(gè)對象序列化后是什么樣子呢？打開剛才我們將對象序列化輸出的temp.out文件，以16進(jìn)制方式顯示。內(nèi)容應(yīng)該如下：

AC ED 00 05 73 72 00 0A 53 65 72 69 61 6C 54 65

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

這一坨字節(jié)就是用來描述序列化以后的

TestSerial對象的，我們注意到TestSerial類中只有兩個(gè)域：

public byte version = 100;

public byte count = 0;

且都是byte型，理論上存儲(chǔ)這兩個(gè)域只需要2個(gè)byte，但是實(shí)際上temp.out占據(jù)空間為51bytes，也就是說除了數(shù)據(jù)以外，還包括了對序列化對象的其他描述。

Java的序列化算法

序列化算法一般會(huì)按步驟做如下事情：

◆將對象實(shí)例相關(guān)的類元數(shù)據(jù)輸出。

◆遞歸地輸出類的超類描述直到不再有超類。

◆類元數(shù)據(jù)完了以后，開始從最頂層的超類開始輸出對象實(shí)例的實(shí)際數(shù)據(jù)值。

◆從上至下遞歸輸出實(shí)例的數(shù)據(jù)

我們用另一個(gè)更完整覆蓋所有可能出現(xiàn)的情況的例子來說明：

  1. class parent implements Serializable {  
  2.  
  3.        int parentVersion = 10;  
  4.  
  5. }  
  6.  
  7.    
  8.  
  9. class contain implements Serializable{  
  10.  
  11.        int containVersion = 11;  
  12.  
  13. }  
  14.  
  15. public class SerialTest extends parent implements Serializable {  
  16.  
  17.        int version = 66;  
  18.  
  19.        contain con = new contain();  
  20.  
  21.    
  22.  
  23.        public int getVersion() {  
  24.  
  25.               return version;  
  26.  
  27.        }  
  28.  
  29.        public static void main(String args[]) throws IOException {  
  30.  
  31.               FileOutputStream fos = new FileOutputStream("temp.out");  
  32.  
  33.               ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);  
  34.  
  35.               SerialTest st = new SerialTest();  
  36.  
  37.               oos.writeObject(st);  
  38.  
  39.               oos.flush();  
  40.  
  41.               oos.close();  
  42.  
  43.        }  
  44.  
  45. } 

這個(gè)例子是相當(dāng)?shù)闹卑桌病?/SPAN>SerialTest類實(shí)現(xiàn)了Parent超類，內(nèi)部還持有一個(gè)Container對象。

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

我們來仔細(xì)看看這些字節(jié)都代表了啥。開頭部分，見顏色：

  1. AC ED: STREAM_MAGIC. 聲明使用了序列化協(xié)議.
  2. 00 05: STREAM_VERSION. 序列化協(xié)議版本.
  3. 0x73: TC_OBJECT. 聲明這是一個(gè)新的對象.  

序列化算法的第一步就是輸出對象相關(guān)類的描述。例子所示對象為SerialTest類實(shí)例，因此接下來輸出SerialTest類的描述。見顏色：

  1. 0x72: TC_CLASSDESC. 聲明這里開始一個(gè)新Class。
  2. 00 0A: Class名字的長度.
  3. 53 65 72 69 61 6c 54 65 73 74: SerialTest,Class類名.
  4. 05 52 81 5A AC 66 02 F6: SerialVersionUID, 序列化ID，如果沒有指定，則會(huì)由算法隨機(jī)生成一個(gè)8byte的ID.
  5. 0x02: 標(biāo)記號. 該值聲明該對象支持序列化。
  6. 00 02: 該類所包含的域個(gè)數(shù)。

接下來，算法輸出其中的一個(gè)域，int version=66；見顏色：

  1. 0x49: 域類型. 49 代表"I", 也就是Int.
  2. 00 07: 域名字的長度.
  3. 76 65 72 73 69 6F 6E: version,域名字描述.

然后，算法輸出下一個(gè)域，contain con = new contain();這個(gè)有點(diǎn)特殊，是個(gè)對象。描述對象類型引用時(shí)需要使用JVM的標(biāo)準(zhǔn)對象簽名表示法，見顏色：

  1. 0x4C: 域的類型.
  2. 00 03: 域名字長度.
  3. 63 6F 6E: 域名字描述，con
  4. 0x74: TC_STRING. 代表一個(gè)new String.用String來引用對象。
  5. 00 09: 該String長度.
  6. 4C 63 6F 6E 74 61 69 6E 3B: Lcontain;, JVM的標(biāo)準(zhǔn)對象簽名表示法.
  7. 0x78: TC_ENDBLOCKDATA,對象數(shù)據(jù)塊結(jié)束的標(biāo)志

.接下來算法就會(huì)輸出超類也就是Parent類描述了，見顏色：

  1. 0x72: TC_CLASSDESC. 聲明這個(gè)是個(gè)新類.
  2. 00 06: 類名長度.
  3. 70 61 72 65 6E 74: parent,類名描述。
  4. 0E DB D2 BD 85 EE 63 7A: SerialVersionUID, 序列化ID.
  5. 0x02: 標(biāo)記號. 該值聲明該對象支持序列化.
  6. 00 01: 類中域的個(gè)數(shù).

下一步，輸出parent類的域描述，int parentVersion=100;同見顏色：

  1. 0x49: 域類型. 49 代表"I", 也就是Int.
  2. 00 0D: 域名字長度.
  3. 70 61 72 65 6E 74 56 65 72 73 69 6F 6E: parentVersion，域名字描述。
  4. 0x78: TC_ENDBLOCKDATA,對象塊結(jié)束的標(biāo)志。
  5. 0x70: TC_NULL, 說明沒有其他超類的標(biāo)志。.

到此為止，算法已經(jīng)對所有的類的描述都做了輸出。下一步就是把實(shí)例對象的實(shí)際值輸出了。這時(shí)候是從parent Class的域開始的，見顏色：

  1. 00 00 00 0A: 10, parentVersion域的值.

還有SerialTest類的域：

  1. 00 00 00 42: 66, version域的值.

再往后的bytes比較有意思，算法需要描述contain類的信息，要記住，現(xiàn)在還沒有對contain類進(jìn)行過描述，見顏色：

  1. 0x73: TC_OBJECT, 聲明這是一個(gè)新的對象.
  2. 0x72: TC_CLASSDESC聲明這里開始一個(gè)新Class.
  3. 00 07: 類名的長度.
  4. 63 6F 6E 74 61 69 6E: contain,類名描述.
  5. FC BB E6 0E FB CB 60 C7: SerialVersionUID, 序列化ID.
  6. 0x02: Various flags. 標(biāo)記號. 該值聲明該對象支持序列化
  7. 00 01: 類內(nèi)的域個(gè)數(shù)。

.輸出contain的唯一的域描述，int containVersion=11；

  1. 0x49: 域類型. 49 代表"I", 也就是Int..
  2. 00 0E: 域名字長度.
  3. 63 6F 6E 74 61 69 6E 56 65 72 73 69 6F 6E: containVersion, 域名字描述.
  4. 0x78: TC_ENDBLOCKDATA對象塊結(jié)束的標(biāo)志.

這時(shí)，序列化算法會(huì)檢查contain是否有超類，如果有的話會(huì)接著輸出。

  1. 0x70:TC_NULL，沒有超類了。

最后，將contain類實(shí)際域值輸出。

  1. 00 00 00 0B: 11, containVersion的值.

OK,我們討論了java序列化的機(jī)制和原理，希望能對同學(xué)們有所幫助。

本文來自longdick的博客：《Java序列化算法透析》

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責(zé)任編輯：yangsai 來源： longdick的博客
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