Java序列化機制與原理的深入分析
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)重建成一個對象的過程。Java序列化API提供一種處理對象序列化的標準機制。在這里你能學到如何序列化一個對象，什么時候需要序列化以及Java序列化的算法，我們用一個實例來示范序列化以后的字節(jié)是如何描述一個對象的信息的。
序列化的必要性
Java中，一切都是對象，在分布式環(huán)境中經常需要將Object從這一端網(wǎng)絡或設備傳遞到另一端。這就需要有一種可以在兩端傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議。Java序列化機制就是為了解決這個問題而產生。
如何序列化一個對象
一個對象能夠序列化的前提是實現(xiàn)Serializable接口，Serializable接口沒有方法，更像是個標記。有了這個標記的Class就能被序列化機制處理。
import java.io.Serializable;
class TestSerial implements Serializable {
public byte version = 100;
public byte count = 0;
}
然后我們寫個程序將對象序列化并輸出。ObjectOutputStream能把Object輸出成Byte流。我們將Byte流暫時存儲到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();
}
如果要從持久的文件中讀取Bytes重建對象，我們可以使用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);
}
執(zhí)行結果為
100.
對象的序列化格式
將一個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進制方式顯示。內容應該如下： 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
AC ED 00 05 73 72 00 0A 53 65 72 69 61 6C 54 65
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類中只有兩個域：
public byte version = 100;
public byte count = 0;
且都是byte型，理論上存儲這兩個域只需要2個byte，但是實際上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
序列化算法一般會按步驟做如下事情：
◆將對象實例相關的類元數(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例的實際數(shù)據(jù)值。
◆從上至下遞歸輸出實例的數(shù)據(jù)
我們用另一個更完整覆蓋所有可能出現(xiàn)的情況的例子來說明:
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();
}
}
這個例子是相當?shù)闹卑桌病?/SPAN>SerialTest類實現(xiàn)了Parent超類，內部還持有一個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
我們來仔細看看這些字節(jié)都代表了啥。開頭部分，見顏色：
-
AC ED: STREAM_MAGIC. 聲明使用了序列化協(xié)議.
-
00 05: STREAM_VERSION. 序列化協(xié)議版本.
-
0x73: TC_OBJECT. 聲明這是一個新的對象.
序列化算法的第一步就是輸出對象相關類的描述。例子所示對象為SerialTest類實例，因此接下來輸出SerialTest類的描述。見顏色：
-
0x72: TC_CLASSDESC. 聲明這里開始一個新Class。
-
00 0A: Class名字的長度.
-
53 65 72 69 61 6c 54 65 73 74: SerialTest,Class類名.
-
05 52 81 5A AC 66 02 F6: SerialVersionUID, 序列化ID，如果沒有指定，則會由算法隨機生成一個8byte的ID.
-
0x02: 標記號. 該值聲明該對象支持序列化。
-
00 02: 該類所包含的域個數(shù)。
接下來，算法輸出其中的一個域，int version=66；見顏色：
-
0x49: 域類型. 49 代表"I", 也就是Int.
-
00 07: 域名字的長度.
-
76 65 72 73 69 6F 6E: version,域名字描述.
然后，算法輸出下一個域，contain con = new contain();這個有點特殊，是個對象。描述對象類型引用時需要使用JVM的標準對象簽名表示法，見顏色：
-
0x4C: 域的類型.
-
00 03: 域名字長度.
-
63 6F 6E: 域名字描述，con
-
0x74: TC_STRING. 代表一個new String.用String來引用對象。
-
00 09: 該String長度.
-
4C 63 6F 6E 74 61 69 6E 3B: Lcontain;, JVM的標準對象簽名表示法.
-
0x78: TC_ENDBLOCKDATA,對象數(shù)據(jù)塊結束的標志
.接下來算法就會輸出超類也就是Parent類描述了，見顏色：
-
0x72: TC_CLASSDESC. 聲明這個是個新類.
-
00 06: 類名長度.
-
70 61 72 65 6E 74: parent,類名描述。
-
0E DB D2 BD 85 EE 63 7A: SerialVersionUID, 序列化ID.
-
0x02: 標記號. 該值聲明該對象支持序列化.
-
00 01: 類中域的個數(shù).
下一步，輸出parent類的域描述，int parentVersion=100;同見顏色：
-
0x49: 域類型. 49 代表"I", 也就是Int.
-
00 0D: 域名字長度.
-
70 61 72 65 6E 74 56 65 72 73 69 6F 6E: parentVersion，域名字描述。
-
0x78: TC_ENDBLOCKDATA,對象塊結束的標志。
-
0x70: TC_NULL, 說明沒有其他超類的標志。.
到此為止，算法已經對所有的類的描述都做了輸出。下一步就是把實例對象的實際值輸出了。這時候是從parent Class的域開始的，見顏色：
-
00 00 00 0A: 10, parentVersion域的值.
還有SerialTest類的域：
-
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類進行過描述，見顏色：
-
0x73: TC_OBJECT, 聲明這是一個新的對象.
-
0x72: TC_CLASSDESC聲明這里開始一個新Class.
-
00 07: 類名的長度.
-
63 6F 6E 74 61 69 6E: contain,類名描述.
-
FC BB E6 0E FB CB 60 C7: SerialVersionUID, 序列化ID.
-
0x02: Various flags. 標記號. 該值聲明該對象支持序列化
-
00 01: 類內的域個數(shù)。
.輸出contain的唯一的域描述，int containVersion=11；
-
0x49: 域類型. 49 代表"I", 也就是Int..
-
00 0E: 域名字長度.
-
63 6F 6E 74 61 69 6E 56 65 72 73 69 6F 6E: containVersion, 域名字描述.
-
0x78: TC_ENDBLOCKDATA對象塊結束的標志.
這時，序列化算法會檢查contain是否有超類，如果有的話會接著輸出。
-
0x70:TC_NULL，沒有超類了。
最后，將contain類實際域值輸出。
-
00 00 00 0B: 11, containVersion的值.
OK,我們討論了java序列化的機制和原理，希望能對同學們有所幫助。
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