Java中对象的串行化（Serialization）和transient关键字

Java中对象的串行化（Serialization）和transient关键字

一、串行化的概念和目的

1.什么是串行化

对象的寿命通常随着生成该对象的程序的终止而终止。有时候，可能需要将对象的状态保存下来，在需要时再将对象恢复。我们把对象的这种能记录自己的状态以便将来再生的能力。叫作对象的持续性(persistence)。对象通过写出描述自己状态的数值来记录自己，这个过程叫对象的串行化(Serialization) 。串行化的主要任务是写出对象实例变量的数值。如果交量是另一对象的引用，则引用的对象也要串行化。这个过程是递归的，串行化可能要涉及一个复杂树结构的单行化，包括原有对象、对象的对象、对象的对象的对象等等。对象所有权的层次结构称为图表(graph)。

2.串行化的目的
Java对象的单行化的目标是为Java的运行环境提供一组特性，如下所示：
1)       尽量保持对象串行化的简单扼要，但要提供一种途径使其可根据开发者的要求进行扩展或定制。
2)       串行化机制应严格遵守Java的对象模型。对象的串行化状态中应该存有所有的关于种类的安全特性的信息。
3)       对象的串行化机制应支持Java的对象持续性。
4)       对象的串行化机制应有足够的可扩展能力以支持对象的远程方法调用(RMI)。
5)       对象串行化应允许对象定义自身的格式即其自身的数据流表示形式，可外部化接口来完成这项功能。

二、串行化方法
从JDK1.1开始，Java语言提供了对象串行化机制，在java.io包中，接口Serialization用来作为实现对象串行化的工具，只有实现了Serialization的类的对象才可以被串行化。
Serializable接口中没有任何的方法。当一个类声明要实现Serializable接口时，只是表明该类参加串行化协议，而不需要实现任何特殊的方法。下面我们通过实例介绍如何对对象进行串行化。

三、串行化的注意事项
1.串行化能保存的元素
串行化只能保存对象的非静态成员交量，不能保存任何的成员方法和静态的成员变量，而且串行化保存的只是变量的值，对于变量的任何修饰符都不能保存。
2.transient关键字
对于某些类型的对象，其状态是瞬时的，这样的对象是无法保存其状态的。例如一个Thread对象或一个FileInputStream对象，对于这些字段，我们必须用transient关键字标明，否则编译器将报措。
另外，串行化可能涉及将对象存放到磁盘上或在网络上发达数据，这时候就会产生安全问题。因为数据位于Java运行环境之外，不在Java安全机制的控制之中。对于这些需要保密的字段，不应保存在永久介质中，或者不应简单地不加处理地保存下来，为了保证安全性。应该在这些字段前加上transient关键字。

上面理论说完了，看看应用吧：

应用1：你如果写了一个程序并需要序列化到本地或者数据库中(不只是你一个人需要用),并且因为测试的缘故,你认为加上了自己的一些信息,例如用户名,密码(例如数据库的身份),这样方便测试.但是,这些信息是肯定不应该被别人知道或者了解的,同时呢,又不想每次自己都去写都去改,这样,你可以用transient定义这样的变量存储它们.

class Logon implements Serializable {

private Date date = new Date();

private String username;

private transient String password;

Logon(String name, String pwd) {

username = name;

password = pwd;

}

public String toString() {

String pwd = (password == null) ? "(n/a)" : password;

return "logon info: " + "username: " + username + " date: "

+ date.toString() + " password: " + pwd;

}

public static void main(String[] args) {

Logon a = new Logon("Hulk", "myLittlePony");

System.out.println("logon a = " + a);

try {

ObjectOutputStream o = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(

"Logon.out"));

o.writeObject(a);

o.close();

// Delay:

int seconds = 5;

long t = System.currentTimeMillis() + seconds * 1000;

while (System.currentTimeMillis() < t)

;

// Now get them back:

ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream(

"Logon.out"));

System.out.println("Recovering object at " + new Date());

a = (Logon) in.readObject();

System.out.println("logon a = " + a);

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

序列化的过程就是对象写入字节流和从字节流中读取对象。将对象状态转换成字节流之后，可以用java.io包中的各种字节流类将其保存到文件中，管道到另一线程中或通过网络连接将对象数据发送到另一主机。对象序列化功能非常简单、强大，在RMI、Socket、JMS、EJB都有应用。对象序列化问题在网络编程中并不是最激动人心的课题，但却相当重要，具有许多实用意义。

一：对象序列化可以实现分布式对象。
主要应用例如：RMI要利用对象序列化运行远程主机上的服务，就像在本地机上运行对象时一样。

二： java对象序列化不仅保留一个对象的数据，而且递归保存对象引用的每个对象的数据。可以将整个对象层次写入字节流中，可以保存在文件中或在网络连接上传递。利用对象序列化可以进行对象的“深复制”，即复制对象本身及引用的对象本身。序列化一个对象可能得到整个对象序列。

从上面的叙述中，我们知道了对象序列化是java编程中的必备武器，那么让我们从基础开始，好好学习一下它的机制和用法。

java 序列化比较简单，通常不需要编写保存和恢复对象状态的定制代码。实现java.io.Serializable接口的类对象可以转换成字节流或从字节流恢复，不需要在类中增加任何代码。只有极少数情况下才需要定制代码保存或恢复对象状态。这里要注意：不是每个类都可序列化，有些类是不能序列化的，例如涉及线程的类与特定JVM有非常复杂的关系。

public class Student implements Serializable {

int id; // 学号

String name; // 姓名

transient int age; // 年龄

String department; // 系别

Thread t;

。。。。

}

在序列化时o.writeObject(stu)，会抛出以下异常：

java.io.NotSerializableException: java.lang.Thread

序列化机制：

序列化分为两大部分：序列化和反序列化。序列化是这个过程的第一部分，将数据分解成字节流，以便存储在文件中或在网络上传输。反序列化就是打开字节流并重构对象。对象序列化不仅要将基本数据类型转换成字节表示，有时还要恢复数据。恢复数据要求有恢复数据的对象实例。ObjectOutputStream中的序列化过程与字节流连接，包括对象类型和版本信息。反序列化时，JVM用头信息生成对象实例，然后将对象字节流中的数据复制到对象数据成员中。下面我们分两大部分来阐述：

处理对象流：
（序列化过程和反序列化过程）

java.io包有两个序列化对象的类。ObjectOutputStream负责将对象写入字节流，ObjectInputStream从字节流重构对象。
我们先了解ObjectOutputStream类吧。ObjectOutputStream类扩展DataOutput接口。
writeObject ()方法是最重要的方法，用于对象序列化。如果对象包含其他对象的引用，则writeObject()方法递归序列化这些对象。每个 ObjectOutputStream维护序列化的对象引用表，防止发送同一对象的多个拷贝。（这点很重要）由于writeObject()可以序列化整组交叉引用的对象，因此同一ObjectOutputStream实例可能不小心被请求序列化同一对象。这时，进行反引用序列化，而不是再次写入对象字节流。

下面，让我们从例子中来了解ObjectOutputStream这个类吧。

// 序列化 today's date 到一个文件中
      FileOutputStream f = new FileOutputStream("tmp");
      ObjectOutputStream s = new ObjectOutputStream(f);
      s.writeObject("Today");
      s.writeObject(new Date());
      s.flush();

现在，让我们来了解ObjectInputStream这个类。它与 ObjectOutputStream相似。它扩展DataInput接口。ObjectInputStream中的方法镜像 DataInputStream中读取Java基本数据类型的公开方法。readObject()方法从字节流中反序列化对象。每次调用 readObject()方法都返回流中下一个Object。对象字节流并不传输类的字节码，而是包括类名及其签名。readObject()收到对象时，JVM装入头中指定的类。如果找不到这个类，则readObject()抛出ClassNotFoundException,如果需要传输对象数据和字节码，则可以用RMI框架。ObjectInputStream的其余方法用于定制反序列化过程。

例子如下：

//从文件中反序列化 string 对象和 date 对象
      FileInputStream in = new FileInputStream("tmp");
      ObjectInputStream s = new ObjectInputStream(in);
      String today = (String)s.readObject();
      Date date = (Date)s.readObject();

定制序列化过程:

序列化通常可以自动完成，但有时可能要对这个过程进行控制。java可以将类声明为serializable，但仍可手工控制声明为static或transient的数据成员。
例子：一个非常简单的序列化类。

public class simpleSerializableClass implements Serializable{
String sToday="Today:";
transient Date dtToday=new Date();
}

序列化时，类的所有数据成员应可序列化除了声明为transient或static的成员。将变量声明为 transient告诉JVM我们会负责将变元序列化。将数据成员声明为transient后，序列化过程就无法将其加进对象字节流中，没有从 transient数据成员发送的数据。后面数据反序列化时，要重建数据成员（因为它是类定义的一部分），但不包含任何数据，因为这个数据成员不向流中写入任何数据。记住，对象流不序列化static或transient。我们的类要用writeObject()与readObject()方法以处理这些数据成员。使用writeObject()与readObject()方法时，还要注意按写入的顺序读取这些数据成员。
关于如何使用定制序列化的部分代码如下：

//重写writeObject()方法以便处理transient的成员。
public void writeObject(ObjectOutputStream outputStream) throws IOException{
      outputStream.defaultWriteObject();//使定制的writeObject()方法可以
                          利用自动序列化中内置的逻辑。
      outputStream.writeObject(oSocket.getInetAddress());
      outputStream.writeInt(oSocket.getPort());
}
//重写readObject()方法以便接收transient的成员。
private void readObject(ObjectInputStream inputStream) throws IOException,ClassNotFoundException{
      inputStream.defaultReadObject();//defaultReadObject()补充自动序列化
      InetAddress oAddress=(InetAddress)inputStream.readObject();
      int iPort =inputStream.readInt();
      oSocket = new Socket(oAddress,iPort);
      iID=getID();
      dtToday =new Date();
}

完全定制序列化过程:

如果一个类要完全负责自己的序列化，则实现 Externalizable接口而不是Serializable接口。Externalizable接口定义包括两个方法writeExternal ()与readExternal()。利用这些方法可以控制对象数据成员如何写入字节流.类实现Externalizable时，头写入对象流中，然后类完全负责序列化和恢复数据成员，除了头以外，根本没有自动序列化。这里要注意了。声明类实现Externalizable接口会有重大的安全风险。 writeExternal()与readExternal()方法声明为public，恶意类可以用这些方法读取和写入对象数据。如果对象包含敏感信息，则要格外小心。这包括使用安全套接或加密整个字节流。