• Java 序列化 JDK序列化总结

     Java 序列化 JDK序列化总结

     @author ixenos

    Java序列化是在JDK 1.1中引入的，是Java内核的重要特性之一。Java序列化API允许我们将一个对象转换为流，并通过网络发送，或将其存入文件或数据库以便未来使用，反序列化则是将对象流转换为实际程序中使用的Java对象的过程。Java同步化过程乍看起来很好用，但它会带来一些琐碎的安全性和完整性问题，在文章的后面部分我们会涉及到，以下是本教程涉及的主题。

    1. Java序列化接口
    2. 使用序列化和serialVersionUID进行类重构
    3. Java外部化接口
    4. Java序列化方法
    5. 序列化结合继承
    6. 序列化代理模式

     

    Java序列化接口 java.io.Serializable

    如果你希望一个类对象是可序列化的，你所要做的是实现java.io.Serializable接口。序列化一种标记接口，不需要实现任何字段和方法，这就像是一种选择性加入的处理，通过它可以使类对象成为可序列化的对象。

    序列化处理是通过ObjectInputStream和ObjectOutputStream实现的，因此我们所要做的是基于它们进行一层封装，要么将其保存为文件，要么将其通过网络发送。我们来看一个简单的序列化示例。

     1 package com.journaldev.serialization;
 2  
 3 import java.io.Serializable;
 4  
 5 public class Employee implements Serializable {
 6  
 7 //  private static final long serialVersionUID = -6470090944414208496L;
 8  
 9     private String name;
10     private int id;
11     transient private int salary;
12 //  private String password;
13  
14     @Override
15     public String toString(){
16         return "Employee{name="+name+",id="+id+",salary="+salary+"}";
17     }
18  
19     //getter and setter methods
20     public String getName() {
21         return name;
22     }
23  
24     public void setName(String name) {
25         this.name = name;
26     }
27  
28     public int getId() {
29         return id;
30     }
31  
32     public void setId(int id) {
33         this.id = id;
34     }
35  
36     public int getSalary() {
37         return salary;
38     }
39  
40     public void setSalary(int salary) {
41         this.salary = salary;
42     }
43  
44 //  public String getPassword() {
45 //      return password;
46 //  }
47 //
48 //  public void setPassword(String password) {
49 //      this.password = password;
50 //  }
51  
52 }

    注意一下，这是一个简单的java bean，拥有一些属性以及getter-setter方法，如果你想要某个对象属性不被序列化成流，你可以使用transient关键字，正如示例中我在salary变量上的做法那样。

     

    现在我们假设需要把我们的对象写入文件，之后从相同的文件中将其反序列化，因此我们需要一些工具方法，通过使用ObjectInputStream和ObjectOutputStream来达到序列化的目的。

     1 package com.journaldev.serialization;
 2  
 3 import java.io.FileInputStream;
 4 import java.io.FileOutputStream;
 5 import java.io.IOException;
 6 import java.io.ObjectInputStream;
 7 import java.io.ObjectOutputStream;
 8  
 9 /**
10  * A simple class with generic serialize and deserialize method implementations
11  *
12  * @author pankaj
13  *
14  */
15 public class SerializationUtil {
16  
17     // deserialize to Object from given file
18     public static Object deserialize(String fileName) throws IOException,
19             ClassNotFoundException {
20         FileInputStream fis = new FileInputStream(fileName);
21         ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
22         Object obj = ois.readObject();
23         ois.close();
24         return obj;
25     }
26  
27     // serialize the given object and save it to file
28     public static void serialize(Object obj, String fileName)
29             throws IOException {
30         FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fileName);
31         ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
32         oos.writeObject(obj);
33  
34         fos.close();
35     }
36  
37 }

    注意一下，方法的参数是Object，它是任何Java类的基类，这样写法以一种很自然的方式保证了通用性。

     

    现在我们来写一个测试程序，看一下Java序列化的实战。

     1 package com.journaldev.serialization;
 2  
 3 import java.io.IOException;
 4  
 5 public class SerializationTest {
 6  
 7     public static void main(String[] args) {
 8         String fileName="employee.ser";
 9         Employee emp = new Employee();
10         emp.setId(100);
11         emp.setName("Pankaj");
12         emp.setSalary(5000);
13  
14         //serialize to file
15         try {
16             SerializationUtil.serialize(emp, fileName);
17         } catch (IOException e) {
18             e.printStackTrace();
19             return;
20         }
21  
22         Employee empNew = null;
23         try {
24             empNew = (Employee) SerializationUtil.deserialize(fileName);
25         } catch (ClassNotFoundException | IOException e) {
26             e.printStackTrace();
27         }
28  
29         System.out.println("emp Object::"+emp);
30         System.out.println("empNew Object::"+empNew);
31     }
32  
33 }

    运行以上测试程序，可以得到以下输出。

    1 emp Object::Employee{name=Pankaj,id=100,salary=5000}
2 empNew Object::Employee{name=Pankaj,id=100,salary=0}

    由于salary是一个transient变量，它的值不会被存入文件中，因此也不会在新的对象中被恢复。类似的，静态变量的值也不会被序列化，因为他们是属于类而非对象的。

       

    使用序列化和serialVersionUID进行类重构

    Java序列化允许java类中的一些变化，如果他们可以被忽略的话。一些不会影响到反序列化处理的变化有：

    • 在类中添加一些新的变量。
    • 将变量从transient转变为非tansient，对于序列化来说，就像是新加入了一个变量而已。
    • 将变量从静态的转变为非静态的，对于序列化来说，就也像是新加入了一个变量而已。

    不过这些变化要正常工作，java类需要具有为该类定义的serialVersionUID，我们来写一个测试类，只对之前测试类已经生成的序列化文件进行反序列化。

     1 package com.journaldev.serialization;
 2  
 3 import java.io.IOException;
 4  
 5 public class DeserializationTest {
 6  
 7     public static void main(String[] args) {
 8  
 9         String fileName="employee.ser";
10         Employee empNew = null;
11  
12         try {
13             empNew = (Employee) SerializationUtil.deserialize(fileName);
14         } catch (ClassNotFoundException | IOException e) {
15             e.printStackTrace();
16         }
17  
18         System.out.println("empNew Object::"+empNew);
19  
20     }
21  
22 }

    现在，在Employee类中去掉”password”变量的注释和它的getter-setter方法，运行。你会得到以下异常。

     1 java.io.InvalidClassException: com.journaldev.serialization.Employee; local class incompatible: stream classdesc serialVersionUID = -6470090944414208496, local class serialVersionUID = -6234198221249432383
 2     at java.io.ObjectStreamClass.initNonProxy(ObjectStreamClass.java:604)
 3     at java.io.ObjectInputStream.readNonProxyDesc(ObjectInputStream.java:1601)
 4     at java.io.ObjectInputStream.readClassDesc(ObjectInputStream.java:1514)
 5     at java.io.ObjectInputStream.readOrdinaryObject(ObjectInputStream.java:1750)
 6     at java.io.ObjectInputStream.readObject0(ObjectInputStream.java:1347)
 7     at java.io.ObjectInputStream.readObject(ObjectInputStream.java:369)
 8     at com.journaldev.serialization.SerializationUtil.deserialize(SerializationUtil.java:22)
 9     at com.journaldev.serialization.DeserializationTest.main(DeserializationTest.java:13)
10 empNew Object::null

    原因很显然，上一个类和新类的serialVersionUID是不同的，事实上如果一个类没有定义serialVersionUID，它会自动计算出来并分配给该类。Java使用类变量、方法、类名称、包，等等来产生这个特殊的长数。如果你在任何一个IDE上工作，你都会得到警告“可序列化类Employee没有定义一个静态的final的serialVersionUID，类型为long”。

    我们可以使用java工具”serialver”来产生一个类的serialVersionUID，对于Employee类，可以执行以下命令。

    1 SerializationExample/bin$serialver -classpath . com.journaldev.serialization.Employee

    记住，从程序本身生成序列版本并不是必须的，我们可以根据需要指定值，这个值的作用仅仅是告知反序列化处理机制，新的类是相同的类的新版本，应该进行可能的反序列化处理。

    举个例子，在Employee类中仅仅将serialVersionUID字段的注释去掉，运行SerializationTest程序。现在再将Employee类中的password字段的注释去掉，运行DeserializationTest程序，你会看到对象流被成功地反序列化了，因为Employee类中的变动与序列化处理是相容的。

     

    Java外部化接口 java.io.Externalizable

    如果你在序列化处理中留个心，你会发现它是自动处理的。有时候我们想要去隐藏对象数据，来保持它的完整性，可以通过实现java.io.Externalizable接口，并提供writeExternal()和readExternal()方法的实现，它们被用于序列化处理。

     1 package com.journaldev.externalization;
 2  
 3 import java.io.Externalizable;
 4 import java.io.IOException;
 5 import java.io.ObjectInput;
 6 import java.io.ObjectOutput;
 7  
 8 public class Person implements Externalizable{
 9  
10     private int id;
11     private String name;
12     private String gender;
13  
14     @Override
15     public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
16         out.writeInt(id);
17         out.writeObject(name+"xyz");
18         out.writeObject("abc"+gender);
19     }
20  
21     @Override
22     public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException,
23             ClassNotFoundException {
24         id=in.readInt();
25         //read in the same order as written
26         name=(String) in.readObject();
27         if(!name.endsWith("xyz")) throw new IOException("corrupted data");
28         name=name.substring(0, name.length()-3);
29         gender=(String) in.readObject();
30         if(!gender.startsWith("abc")) throw new IOException("corrupted data");
31         gender=gender.substring(3);
32     }
33  
34     @Override
35     public String toString(){
36         return "Person{id="+id+",name="+name+",gender="+gender+"}";
37     }
38     public int getId() {
39         return id;
40     }
41  
42     public void setId(int id) {
43         this.id = id;
44     }
45  
46     public String getName() {
47         return name;
48     }
49  
50     public void setName(String name) {
51         this.name = name;
52     }
53  
54     public String getGender() {
55         return gender;
56     }
57  
58     public void setGender(String gender) {
59         this.gender = gender;
60     }
61  
62 }

    注意，在将其转换为流之前，我已经更改了字段的值，之后读取时会得到这些更改，通过这种方式，可以在某种程度上保证数据的完整性，我们可以在读取流数据之后抛出异常，表明完整性检查失败。

     

    来看一个测试程序。

     1 package com.journaldev.externalization;
 2  
 3 import java.io.FileInputStream;
 4 import java.io.FileOutputStream;
 5 import java.io.IOException;
 6 import java.io.ObjectInputStream;
 7 import java.io.ObjectOutputStream;
 8  
 9 public class ExternalizationTest {
10  
11     public static void main(String[] args) {
12  
13         String fileName = "person.ser";
14         Person person = new Person();
15         person.setId(1);
16         person.setName("Pankaj");
17         person.setGender("Male");
18  
19         try {
20             FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fileName);
21             ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
22             oos.writeObject(person);
23             oos.close();
24         } catch (IOException e) {
25             // TODO Auto-generated catch block
26             e.printStackTrace();
27         }
28  
29         FileInputStream fis;
30         try {
31             fis = new FileInputStream(fileName);
32             ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
33             Person p = (Person)ois.readObject();
34             ois.close();
35             System.out.println("Person Object Read="+p);
36         } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
37             e.printStackTrace();
38         }
39  
40     }
41  
42 }

    运行以上测试程序，可以得到以下输出。

    1 Person Object Read=Person{id=1,name=Pankaj,gender=Male}

    那么哪个方式更适合被用来做序列化处理呢？实际上使用序列化接口更好，当你看到这篇教程的末尾时，你会知道原因的。

     

    Serializable和Externalizable的区别与联系

    1、Externalizable继承自Serializable；Externalizable 实例也可以通过 Serializable 接口中记录的 writeReplace 和 readResolve 方法来指派一个替代对象

    2、实现Externalizable接口的类必须有默认构造方法。在读入可外部化的(Externalizable)类时，对象流将先用无参构造器创建一个对象，然后调用readExternal方法按writeExternal定义的机制反序列化；

    3、若要完全控制某一对象及其超类型的流格式和内容，则它要实现 Externalizable 接口的 writeExternal 和 readExternal 方法。这些方法必须显式与超类型进行协调以保存其状态。这些方法将代替定制的 writeObject 和 readObject 方法实现；write/readExternal要对包括超类数据在内的整个对象的存储和恢复负全责，而Serializable在流中仅仅记录该对象所属的类的属性状态；

     1 public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException,
 2       ClassNotFoundException {
 3      name = (String) in.readObject();
 4      password = (String) in.readObject();
 5 }
 6 
 7 public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
 8     out.writeObject( name);
 9     out.writeObject( password);
10 }
    4、相比Serializable，Externalizable序列化的速度更快，序列化之后的数据更小，但读和取都需要开发人员自行实现， Serializable开发相对简单，速度慢，序列化后的数据更大些。 
     
    5、这两种序列化方式都有一个特点，如果多个对象a的内部属性b同时指向同一个对象，即同时引用了另外一个对象b。序列化->反序列化之后，这几个对象属性还是会同时指向同一个对象b，不会反序列化出多个b对象。 
    但是，如果多个对象a是多次被序列化的，在反序列后对象b会被反序列化多次，因为反序列化时都调用构造器(Externalizable调用无参构造器)在堆中生成新对象，内存地址都是不同的，即多个a对象的属性b是不一样的。 

    6、Serialization 对象将使用 Serializable 和 Externalizable 接口。对象持久性机制也可以使用它们。要存储的每个对象都需要检测是否支持 Externalizable 接口。

    　　a) 如果对象支持 Externalizable，则调用 writeExternal 方法。如果对象不支持 Externalizable 但实现了 Serializable，则使用 ObjectOutputStream 保存该对象。

    　　b) 在重构 Externalizable 对象时，先使用无参数的公共构造方法创建一个实例，然后调用 readExternal 方法。通过从 ObjectInputStream 中读取 Serializable 对象可以恢复这些对象。

    Java序列化方法 java.io.Serializable

    我们已经看到了，java的序列化是自动的，我们所要做的仅仅是实现序列化接口，其实现已经存在于ObjectInputStream和ObjectOutputStream类中了。不过如果我们想要更改存储数据的方式，比如说在对象中含有一些敏感信息，在存储/获取它们之前我们要进行加密/解密，这该怎么办呢？这就是为什么在类中我们拥有四种方法，能够改变序列化行为。

    如果以下方法在被序列化类中存在，它们就会被用于序列化处理。

    1. readObject(ObjectInputStream ois)：如果这个方法存在，ObjectInputStream readObject()方法会调用该方法从流中读取对象。
    2. writeObject(ObjectOutputStream oos)：如果这个方法存在，ObjectOutputStream writeObject()方法会调用该方法从流中写入对象。一种普遍的用法是隐藏对象的值来保证完整性。
    3. Object writeReplace()：如果这个方法存在，那么在序列化处理之后，该方法会被调用并将返回的对象序列化到流中。
    4. Object readResolve()：如果这个方法存在，那么在序列化处理之后，该方法会被调用并返回一个最终的对象给调用程序（keyijinxing）。一种使用方法是在序列化类中实现单例模式，你可以从序列化和单例中读到更多知识。此方法返回的对象，会被作为readOjbect的返回值（即使readObject方法定义并没有返回任何对象）

    通常情况下，当实现以上方法时，应该将其设定为私有类型，这样子类就无法覆盖它们了，因为它们本来就是为了序列化而建立的，设定为私有类型能避免一些安全性问题。

     

     　　readObejct和writeObject的具体示例：Java Object 对象序列化和反序列化

    　　writeReplace和readResolve的具体示例：Java Object 序列化与单例模式 以及本文的 序列化代理模式

    序列化结合继承

    有时候我们需要对一个没有实现序列化接口的类进行扩展，如果依赖于自动化的序列化行为，而一些状态是父类拥有的，那么它们将不会被转换为流，因此以后也无法获取。

    在此，readObject()和writeObject()就可以派上大用处了，通过提供它们的实现，我们可以将父类的状态存入流中，以便今后获取。我们来看一下实战。

     1 package com.journaldev.serialization.inheritance;
 2  
 3 public class SuperClass {
 4  
 5     private int id;
 6     private String value;
 7  
 8     public int getId() {
 9         return id;
10     }
11     public void setId(int id) {
12         this.id = id;
13     }
14     public String getValue() {
15         return value;
16     }
17     public void setValue(String value) {
18         this.value = value;
19     }
20  
21 }

    父类是一个简单的java bean，没有实现序列化接口。

     1 package com.journaldev.serialization.inheritance;
 2  
 3 import java.io.IOException;
 4 import java.io.InvalidObjectException;
 5 import java.io.ObjectInputStream;
 6 import java.io.ObjectInputValidation;
 7 import java.io.ObjectOutputStream;
 8 import java.io.Serializable;
 9  
10 public class SubClass extends SuperClass implements Serializable, ObjectInputValidation{
11  
12     private static final long serialVersionUID = -1322322139926390329L;
13  
14     private String name;
15  
16     public String getName() {
17         return name;
18     }
19  
20     public void setName(String name) {
21         this.name = name;
22     }
23  
24     @Override
25     public String toString(){
26         return "SubClass{id="+getId()+",value="+getValue()+",name="+getName()+"}";
27     }
28  
29     //adding helper method for serialization to save/initialize super class state
30     private void readObject(ObjectInputStream ois) throws ClassNotFoundException, IOException{
31         ois.defaultReadObject();
32  
33         //注意读和写的顺序要一致，反序列化出值，再赋给父类属性
34         setId(ois.readInt());
35         setValue((String) ois.readObject());
36  
37     }
38  
39     private void writeObject(ObjectOutputStream oos) throws IOException{
40         oos.defaultWriteObject();
41  　　　　　　　//调用父类的getId获得值单独写到序列化流中
42         oos.writeInt(getId());
43         oos.writeObject(getValue());
44     }
45  
46     @Override
47     public void validateObject() throws InvalidObjectException {
48         //validate the object here
49         if(name == null || "".equals(name)) throw new InvalidObjectException("name can't be null or empty");
50         if(getId() <=0) throw new InvalidObjectException("ID can't be negative or zero");
51     }
52  
53 }

    注意，将额外数据写入流和读取流的顺序应该是一致的，我们可以在读与写之中添加一些逻辑，使其更安全。

    同时还需要注意，这个类实现了ObjectInputValidation接口，通过实现validateObject()方法，可以添加一些业务验证来确保数据完整性没有遭到破坏。

    以下通过编写一个测试类，看一下我们是否能够从序列化的数据中获取父类的状态。

     1 package com.journaldev.serialization.inheritance;
 2  
 3 import java.io.IOException;
 4  
 5 import com.journaldev.serialization.SerializationUtil;
 6  
 7 public class InheritanceSerializationTest {
 8  
 9     public static void main(String[] args) {
10         String fileName = "subclass.ser";
11  
12         SubClass subClass = new SubClass();
13         subClass.setId(10);
14         subClass.setValue("Data");
15         subClass.setName("Pankaj");
16  
17         try {
18             SerializationUtil.serialize(subClass, fileName);
19         } catch (IOException e) {
20             e.printStackTrace();
21             return;
22         }
23  
24         try {
25             SubClass subNew = (SubClass) SerializationUtil.deserialize(fileName);
26             System.out.println("SubClass read = "+subNew);
27         } catch (ClassNotFoundException | IOException e) {
28             e.printStackTrace();
29         }
30     }
31  
32 }

    运行以上测试程序，可以得到以下输出。

    1 SubClass read = SubClass{id=10,value=Data,name=Pankaj}

    因此通过这种方式，可以序列化父类的状态，即便它没有实现序列化接口。当父类是一个我们无法改变的第三方的类，这个策略就有用武之地了。

     

    序列化代理模式

    Java序列化也带来了一些严重的误区，比如：

    • 类的结构无法大量改变，除非中断序列化处理，因此即便我们之后已经不需要某些变量了，我们也需要保留它们，仅仅是为了向后兼容。
    • 序列化会导致巨大的安全性危机，一个攻击者可以更改流的顺序，继而对系统造成伤害。举个例子，用户角色被序列化了，攻击者可以更改流的值为admin，再执行恶意代码。

    序列化代理模式是一种使序列化能达到极高安全性的方式，在这个模式下，一个内部的私有静态类被用作序列化的代理类，该类的设计目的是用于保留主类的状态。这个模式的实现需要合理实现readResolve()和writeReplace()方法。

    让我们先来写一个类，实现了序列化代码模式，之后再对其进行分析，以便更好的理解原理。

     1 package com.journaldev.serialization.proxy;
 2  
 3 import java.io.InvalidObjectException;
 4 import java.io.ObjectInputStream;
 5 import java.io.Serializable;
 6  
 7 public class Data implements Serializable{
 8  
 9     private static final long serialVersionUID = 2087368867376448459L;
10  
11     private String data;
12  
13     public Data(String d){
14         this.data=d;
15     }
16  
17     public String getData() {
18         return data;
19     }
20  
21     public void setData(String data) {
22         this.data = data;
23     }
24  
25     @Override
26     public String toString(){
27         return "Data{data="+data+"}";
28     }
29  
30     //serialization proxy class
31     private static class DataProxy implements Serializable{
32  
33         private static final long serialVersionUID = 8333905273185436744L;
34  
35         private String dataProxy;
36         private static final String PREFIX = "ABC";
37         private static final String SUFFIX = "DEFG";
38  
39         public DataProxy(Data d){
40             //obscuring data for security
41             this.dataProxy = PREFIX + d.data + SUFFIX;
42         }
43  
44         private Object readResolve() throws InvalidObjectException {
45             if(dataProxy.startsWith(PREFIX) && dataProxy.endsWith(SUFFIX)){
46             return new Data(dataProxy.substring(3, dataProxy.length() -4));
47             }else throw new InvalidObjectException("data corrupted");
48         }
49  
50     }
51  
52     //replacing serialized object to DataProxy object
53     private Object writeReplace(){
54         return new DataProxy(this);
55     }
56  
57     private void readObject(ObjectInputStream ois) throws InvalidObjectException{
58         throw new InvalidObjectException("Proxy is not used, something fishy");
59     }
60 }
    • Data和DataProxy类都应该实现序列化接口。
    • DataProxy应该能够保留Data对象的状态。
    • DataProxy是一个内部的私有静态类，因此其他类无法访问它。
    • DataProxy应该有一个单独的构造方法，接收Data作为参数。
    • Data类应该提供writeReplace()方法，返回DataProxy实例，这样当Data对象被序列化时，返回的流是属于DataProxy类的，不过DataProxy类在外部是不可见的，所有它不能被直接使用。
    • DataProxy应该实现readResolve()方法，返回Data对象，这样当Data类被反序列化时，在内部其实是DataProxy类被反序列化了，之后它的readResolve()方法被调用，我们得到了Data对象。
    • 最后，在Data类中实现readObject()方法，抛出InvalidObjectException异常，防止黑客通过伪造Data对象的流并对其进行解析，继而执行攻击。

     

    我们来写一个小测试，检查一下这样的实现是否能工作。

     1 package com.journaldev.serialization.proxy;
 2  
 3 import java.io.IOException;
 4  
 5 import com.journaldev.serialization.SerializationUtil;
 6  
 7 public class SerializationProxyTest {
 8  
 9     public static void main(String[] args) {
10         String fileName = "data.ser";
11  
12         Data data = new Data("Pankaj");
13  
14         try {
15             SerializationUtil.serialize(data, fileName);
16         } catch (IOException e) {
17             e.printStackTrace();
18         }
19  
20         try {
21             Data newData = (Data) SerializationUtil.deserialize(fileName);
22             System.out.println(newData);
23         } catch (ClassNotFoundException | IOException e) {
24             e.printStackTrace();
25         }
26     }
27  
28 }

    运行以上测试程序，可以得到以下输出。

    1 Data{data=Pankaj

    如果你打开data.ser文件，可以看到DataProxy对象已经被作为流存入了文件中。

    这就是Java序列化的所有内容，看上去很简单但我们应当谨慎地使用它，通常来说，最好不要依赖于默认实现。你可以从上面的链接中下载项目，玩一玩，这能让你学到更多。

    本文参考以下内容:

    原文链接： journaldev 翻译： ImportNew.com - Justin Wu
    译文链接： http://www.importnew.com/14465.html
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  • 原文地址：https://www.cnblogs.com/ixenos/p/5832736.html
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