Java Serializable：明明就一个空的接口嘛
以下文章来源于Java极客技术 ，作者沉默王二
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对于 Java 的序列化，我一直停留在最浅显的认知上——把那个要序列化的类实现 Serializbale 接口就可以了。我不愿意做更深入的研究，因为会用就行了嘛。
但随着时间的推移，见到 Serializbale 的次数越来越多，我便对它产生了浓厚的兴趣。是时候花点时间研究研究了。
01、先来点理论
Java 序列化是 JDK 1.1 时引入的一组开创性的特性，用于将 Java 对象转换为字节数组，便于存储或传输。此后，仍然可以将字节数组转换回 Java 对象原有的状态。
序列化的思想是“冻结”对象状态，然后写到磁盘或者在网络中传输；反序列化的思想是“解冻”对象状态，重新获得可用的 Java 对象。
再来看看序列化 Serializbale 接口的定义：
public interface Serializable {
}
明明就一个空的接口嘛，竟然能够保证实现了它的“类的对象”被序列化和反序列化？
02、再来点实战
在回答上述问题之前，我们先来创建一个类（只有两个字段，和对应的 getter/setter），用于序列化和反序列化。
class Wanger {
private String name;
private int age;
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
}
再来创建一个测试类，通过 ObjectOutputStream 将“18 岁的王二”写入到文件当中，实际上就是一种序列化的过程；再通过 ObjectInputStream 将“18 岁的王二”从文件中读出来，实际上就是一种反序列化的过程。
public class Test {
public static void main(String[] args) {
// 初始化
Wanger wanger = new Wanger();
wanger.setName("王二");
wanger.setAge(18);
System.out.println(wanger);
// 把对象写到文件中
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("chenmo"));){
oos.writeObject(wanger);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
// 从文件中读出对象
try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("chenmo")));){
Wanger wanger1 = (Wanger) ois.readObject();
System.out.println(wanger1);
} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
不过，由于 Wanger 没有实现 Serializbale 接口，所以在运行测试类的时候会抛出异常，堆栈信息如下：
java.io.NotSerializableException: com.cmower.java_demo.xuliehua.Wanger
at java.io.ObjectOutputStream.writeObject0(ObjectOutputStream.java:1184)
at java.io.ObjectOutputStream.writeObject(ObjectOutputStream.java:348)
at com.cmower.java_demo.xuliehua.Test.main(Test.java:21)
顺着堆栈信息，我们来看一下 ObjectOutputStream 的 writeObject0() 方法。其部分源码如下：
if (obj instanceof String) {
writeString((String) obj, unshared);
} else if (cl.isArray()) {
writeArray(obj, desc, unshared);
} else if (obj instanceof Enum) {
writeEnum((Enum<?>) obj, desc, unshared);
} else if (obj instanceof Serializable) {
writeOrdinaryObject(obj, desc, unshared);
} else {
if (extendedDebugInfo) {
throw new NotSerializableException(
cl.getName() + "\n" + debugInfoStack.toString());
} else {
throw new NotSerializableException(cl.getName());
}
}
也就是说，ObjectOutputStream 在序列化的时候，会判断被序列化的对象是哪一种类型，字符串？数组？枚举？还是 Serializable，如果全都不是的话，抛出 NotSerializableException。
假如 Wanger 实现了 Serializable 接口，就可以序列化和反序列化了。
class Wanger implements Serializable{
private static final long serialVersionUID = -2095916884810199532L;
private String name;
private int age;
}
具体怎么序列化呢？
以 ObjectOutputStream 为例吧，它在序列化的时候会依次调用 writeObject()→writeObject0()→writeOrdinaryObject()→writeSerialData()→invokeWriteObject()→defaultWriteFields()。
private void defaultWriteFields(Object obj, ObjectStreamClass desc)
throws IOException
{
Class<?> cl = desc.forClass();
desc.checkDefaultSerialize();
int primDataSize = desc.getPrimDataSize();
desc.getPrimFieldValues(obj, primVals);
bout.write(primVals, 0, primDataSize, false);
ObjectStreamField[] fields = desc.getFields(false);
Object[] objVals = new Object[desc.getNumObjFields()];
int numPrimFields = fields.length - objVals.length;
desc.getObjFieldValues(obj, objVals);
for (int i = 0; i < objVals.length; i++) {
try {
writeObject0(objVals[i],
fields[numPrimFields + i].isUnshared());
}
}
}
那怎么反序列化呢？
以 ObjectInputStream 为例，它在反序列化的时候会依次调用 readObject()→readObject0()→readOrdinaryObject()→readSerialData()→defaultReadFields()。
private void defaultWriteFields(Object obj, ObjectStreamClass desc)
throws IOException
{
Class<?> cl = desc.forClass();
desc.checkDefaultSerialize();
int primDataSize = desc.getPrimDataSize();
desc.getPrimFieldValues(obj, primVals);
bout.write(primVals, 0, primDataSize, false);
ObjectStreamField[] fields = desc.getFields(false);
Object[] objVals = new Object[desc.getNumObjFields()];
int numPrimFields = fields.length - objVals.length;
desc.getObjFieldValues(obj, objVals);
for (int i = 0; i < objVals.length; i++) {
try {
writeObject0(objVals[i],
fields[numPrimFields + i].isUnshared());
}
}
}
我想看到这，你应该会恍然大悟的“哦”一声了。Serializable 接口之所以定义为空，是因为它只起到了一个标识的作用，告诉程序实现了它的对象是可以被序列化的，但真正序列化和反序列化的操作并不需要它来完成。
03、再来点注意事项
开门见山的说吧，static 和 transient 修饰的字段是不会被序列化的。
为什么呢？我们先来证明，再来解释原因。
首先，在 Wanger 类中增加两个字段。
class Wanger implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = -2095916884810199532L;
private String name;
private int age;
public static String pre = "沉默";
transient String meizi = "王三";
public String toString() {
return "Wanger{" + "name=" + name + ",age=" + age + ",pre=" + pre + ",meizi=" + meizi + "}";
}
}
其次，在测试类中打印序列化前和反序列化后的对象，并在序列化后和反序列化前改变 static 字段的值。具体代码如下：
// 初始化
Wanger wanger = new Wanger();
wanger.setName("王二");
wanger.setAge(18);
System.out.println(wanger);
// 把对象写到文件中
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("chenmo"));){
oos.writeObject(wanger);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
// 改变 static 字段的值
Wanger.pre ="不沉默";
// 从文件中读出对象
try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("chenmo")));){
Wanger wanger1 = (Wanger) ois.readObject();
System.out.println(wanger1);
} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
// Wanger{name=王二,age=18,pre=沉默,meizi=王三}
// Wanger{name=王二,age=18,pre=不沉默,meizi=null}
从结果的对比当中，我们可以发现：
1）序列化前，pre 的值为“沉默”，序列化后，pre 的值修改为“不沉默”，反序列化后，pre 的值为“不沉默”，而不是序列化前的状态“沉默”。
为什么呢？因为序列化保存的是对象的状态，而 static 修饰的字段属于类的状态，因此可以证明序列化并不保存 static 修饰的字段。
2）序列化前，meizi 的值为“王三”，反序列化后，meizi 的值为 null，而不是序列化前的状态“王三”。
为什么呢？transient 的中文字义为“临时的”（论英语的重要性），它可以阻止字段被序列化到文件中，在被反序列化后，transient 字段的值被设为初始值，比如 int 型的初始值为 0，对象型的初始值为 null。
如果想要深究源码的话，你可以在 ObjectStreamClass 中发现下面这样的代码：
private static ObjectStreamField[] getDefaultSerialFields(Class<?> cl) {
Field[] clFields = cl.getDeclaredFields();
ArrayList<ObjectStreamField> list = new ArrayList<>();
int mask = Modifier.STATIC | Modifier.TRANSIENT;
int size = list.size();
return (size == 0) ? NO_FIELDS :
list.toArray(new ObjectStreamField[size]);
}
看到 Modifier.STATIC | Modifier.TRANSIENT，是不是感觉更好了呢？
04、再来点干货
除了 Serializable 之外，Java 还提供了一个序列化接口 Externalizable（念起来有点拗口）。
两个接口有什么不一样的吗？试一试就知道了。
首先，把 Wanger 类实现的接口 Serializable 替换为 Externalizable。
class Wanger implements Externalizable {
private String name;
private int age;
public Wanger() {
}
public String getName() {
return name;
}
public String toString() {
return "Wanger{" + "name=" + name + ",age=" + age + "}";
}
public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
}
public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
}
}
实现 Externalizable 接口的 Wanger 类和实现 Serializable 接口的 Wanger 类有一些不同：
1）新增了一个无参的构造方法。
使用 Externalizable 进行反序列化的时候，会调用被序列化类的无参构造方法去创建一个新的对象，然后再将被保存对象的字段值复制过去。否则的话，会抛出以下异常：
java.io.InvalidClassException: com.cmower.java_demo.xuliehua1.Wanger; no valid constructor
at java.io.ObjectStreamClass$ExceptionInfo.newInvalidClassException(ObjectStreamClass.java:150)
at java.io.ObjectStreamClass.checkDeserialize(ObjectStreamClass.java:790)
at java.io.ObjectInputStream.readOrdinaryObject(ObjectInputStream.java:1782)
at java.io.ObjectInputStream.readObject0(ObjectInputStream.java:1353)
at java.io.ObjectInputStream.readObject(ObjectInputStream.java:373)
at com.cmower.java_demo.xuliehua1.Test.main(Test.java:27)
2）新增了两个方法 writeExternal() 和 readExternal()，实现 Externalizable 接口所必须的。
然后，我们再在测试类中打印序列化前和反序列化后的对象。
// 初始化
Wanger wanger = new Wanger();
wanger.setName("王二");
wanger.setAge(18);
System.out.println(wanger);
// 把对象写到文件中
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("chenmo"));) {
oos.writeObject(wanger);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
// 从文件中读出对象
try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("chenmo")));) {
Wanger wanger1 = (Wanger) ois.readObject();
System.out.println(wanger1);
} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
// Wanger{name=王二,age=18}
// Wanger{name=null,age=0}
从输出的结果看，反序列化后得到的对象字段都变成了默认值，也就是说，序列化之前的对象状态没有被“冻结”下来。
为什么呢？因为我们没有为 Wanger 类重写具体的 writeExternal() 和 readExternal() 方法。那该怎么重写呢？
public void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException {
out.writeObject(name);
out.writeInt(age);
}
public void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException {
name = (String) in.readObject();
age = in.readInt();
}
1）调用 ObjectOutput 的 writeObject() 方法将字符串类型的 name 写入到输出流中；
2）调用 ObjectOutput 的 writeInt() 方法将整型的 age 写入到输出流中；
3）调用 ObjectInput 的 readObject() 方法将字符串类型的 name 读入到输入流中；
4）调用 ObjectInput 的 readInt() 方法将字符串类型的 age 读入到输入流中；
再运行一次测试了类，你会发现对象可以正常地序列化和反序列化了。
序列化前：Wanger{name=王二,age=18}
序列化后：Wanger{name=王二,age=18}
05、再来点甜点
让我先问问你吧，你知道 private static final long serialVersionUID = -2095916884810199532L; 这段代码的作用吗？
嗯……
serialVersionUID 被称为序列化 ID，它是决定 Java 对象能否反序列化成功的重要因子。在反序列化时，Java 虚拟机会把字节流中的 serialVersionUID 与被序列化类中的 serialVersionUID 进行比较，如果相同则可以进行反序列化，否则就会抛出序列化版本不一致的异常。
当一个类实现了 Serializable 接口后，IDE 就会提醒该类最好产生一个序列化 ID，就像下面这样：
1）添加一个默认版本的序列化 ID：
private static final long serialVersionUID = 1L。
2）添加一个随机生成的不重复的序列化 ID。
private static final long serialVersionUID = -2095916884810199532L;
3）添加 @SuppressWarnings 注解。
("serial")
怎么选择呢？
首先，我们采用第二种办法，在被序列化类中添加一个随机生成的序列化 ID。
class Wanger implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = -2095916884810199532L;
private String name;
private int age;
// 其他代码忽略
}
然后，序列化一个 Wanger 对象到文件中。
// 初始化
Wanger wanger = new Wanger();
wanger.setName("王二");
wanger.setAge(18);
System.out.println(wanger);
// 把对象写到文件中
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("chenmo"));) {
oos.writeObject(wanger);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
这时候，我们悄悄地把 Wanger 类的序列化 ID 偷梁换柱一下，嘿嘿。
// private static final long serialVersionUID = -2095916884810199532L;
private static final long serialVersionUID = -2095916884810199533L;
好了，准备反序列化吧。
try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("chenmo")));) {
Wanger wanger = (Wanger) ois.readObject();
System.out.println(wanger);
} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
哎呀，出错了。
java.io.InvalidClassException: local class incompatible: stream classdesc
serialVersionUID = -2095916884810199532,
local class serialVersionUID = -2095916884810199533
at java.io.ObjectInputStream.readClassDesc(ObjectInputStream.java:1521)
at com.cmower.java_demo.xuliehua1.Test.main(Test.java:27)
异常堆栈信息里面告诉我们，从持久化文件里面读取到的序列化 ID 和本地的序列化 ID 不一致，无法反序列化。
那假如我们采用第三种方法，为 Wanger 类添加个 @SuppressWarnings("serial") 注解呢？
("serial")
class Wanger3 implements Serializable {
// 省略其他代码
}
好了，再来一次反序列化吧。可惜依然报错。
java.io.InvalidClassException: local class incompatible: stream classdesc
serialVersionUID = -2095916884810199532,
local class serialVersionUID = -3818877437117647968
at java.io.ObjectInputStream.readClassDesc(ObjectInputStream.java:1521)
at com.cmower.java_demo.xuliehua1.Test.main(Test.java:27)
异常堆栈信息里面告诉我们，本地的序列化 ID 为 -3818877437117647968，和持久化文件里面读取到的序列化 ID 仍然不一致，无法反序列化。这说明什么呢？使用 @SuppressWarnings("serial") 注解时，该注解会为被序列化类自动生成一个随机的序列化 ID。
由此可以证明，Java 虚拟机是否允许反序列化，不仅取决于类路径和功能代码是否一致，还有一个非常重要的因素就是序列化 ID 是否一致。
也就是说，如果没有特殊需求，采用默认的序列化 ID（1L）就可以，这样可以确保代码一致时反序列化成功。
class Wanger implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
// 省略其他代码
}
06、再来点总结
写这篇文章之前，我真没想到：“空空其身”的Serializable 竟然有这么多可以研究的内容！
写完这篇文章之后，我不由得想起理科状元曹林菁说说过的一句话：“在学习中再小的问题也不放过，每个知识点都要总结”——说得真真真真的对啊！
作者简介：沉默王二，《Web 全栈开发进阶之路》作者，一个不止写代码的程序员，还写有趣有益的文字，给不喜欢严肃的你。个人微信号：qing_gee，欢迎大家找我聊天，碰撞出思想的火花。
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