java流与文件——对象流和序列化
【0】README
0.1） 本文描述轉(zhuǎn)自 core java volume 2， 旨在理解 java流與文件——對(duì)象流和序列化 的相關(guān)知識(shí)；
0.2） for source code , please visit https://github.com/pacosonTang/core-java-volume/blob/master/coreJavaAdvanced/chapter1/ObjectStreamTest.java and https://github.com/pacosonTang/core-java-volume/blob/master/coreJavaAdvanced/chapter1/SerialCloneTest.java
【1】對(duì)象流和序列化
1.1）problem + solution
- 1.1.1）problem： 當(dāng)你需要存儲(chǔ)相同類(lèi)型的數(shù)據(jù)時(shí)， 使用固定長(zhǎng)度的記錄格式是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。在面向?qū)ο蟪绦蛑袆?chuàng)建的對(duì)象很少全部都具有相同的類(lèi)型； （如父類(lèi)指針指向子類(lèi)對(duì)象）
- 1.1.2）solution ： Java的 對(duì)象序列化（Object serialization）是非常通用的機(jī)制； 它可以將對(duì)象寫(xiě)出到流中， 并在之后將其讀回；
1.2）保存數(shù)據(jù)對(duì)象 的步驟：
- step1）打開(kāi)一個(gè) ObjectOutputStream 對(duì)象：
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(“employee.dat”)); - step2）為保存對(duì)象，直接使用 ObjectOutputStream 的 writeObject方法；
- step3）為將對(duì)象讀回，需要獲得一個(gè) ObjectInputStream 對(duì)象：
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(“employee.dat”)); - step4） 用readObject方法以這些對(duì)象被寫(xiě)出時(shí)的順序獲取他們：
Employee e1 = (Employee)ois.readObject();
- 1.2.1）但是，對(duì)希望在對(duì)象流中存儲(chǔ)或恢復(fù)的所有類(lèi)都應(yīng)該進(jìn)行一次修改， 這些類(lèi)必須實(shí)現(xiàn) Serializable 接口：
Attention）
- A1） Serializable 接口 沒(méi)有任何方法， 你不需要做任何改動(dòng)， 這一點(diǎn)和 Cloneable 接口很相似；
- A2）你只有在寫(xiě)出對(duì)象時(shí) 才能用 writeObject/readObject 方法； 對(duì)于基本類(lèi)型，使用writeInt/readInt 或writeDouble/readDouble 這樣的方法（對(duì)象流類(lèi)都實(shí)現(xiàn)了 DataInput/DataOutput 接口）
- A3）在后臺(tái)，是ObjectOutputStream 在瀏覽對(duì)象的所有域， 并存儲(chǔ)它們的內(nèi)容；
1.3）有一種case 需要考慮： 當(dāng)一個(gè)對(duì)象被多個(gè)對(duì)象共享時(shí)， 作為它們各自狀態(tài)的一部分，會(huì)發(fā)生什么呢？（如兩個(gè)經(jīng)理共用一個(gè)秘書(shū)harry， 上面的源代碼就是這種 case ）
Employee harry = new Employee("Harry Hacker", 50000, 1989, 10, 1);Manager carl = new Manager("Carl Cracker", 80000, 1987, 12, 15);carl.setSecretary(harry);Manager tony = new Manager("Tony Tester", 40000, 1990, 3, 15);tony.setSecretary(harry);1.3.1）solution： 每個(gè)對(duì)象都是用一個(gè)序列號(hào)保存的， 這就是這種機(jī)制稱(chēng)為對(duì)象序列化的原因。 下面是其算法（Alg）：
A1）對(duì)你遇到的每一個(gè)對(duì)象引用都關(guān)聯(lián)一個(gè)序列號(hào)；
- A2）對(duì)于每個(gè)對(duì)象， 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)遇到時(shí)，保存其對(duì)象數(shù)據(jù)到流中；
- A3）如果某個(gè)對(duì)象之前已經(jīng)被保存過(guò)， 那么只寫(xiě)出“與之前保存過(guò)的序列號(hào)為x的對(duì)象相同”， 在讀回對(duì)象時(shí)，過(guò)程是相反的；
- A4） 對(duì)于流中的對(duì)象，在第一次遇到其序列號(hào)時(shí)， 構(gòu)建它， 并使用流中數(shù)據(jù)來(lái)初始化它， 然后記錄這個(gè)順序號(hào)和新對(duì)象之間的關(guān)系；
A5） 當(dāng)遇到 “與之前保存過(guò)的序列號(hào)為x的對(duì)象相同”標(biāo)記時(shí)， 獲取與這個(gè)順序號(hào)相關(guān)聯(lián)的對(duì)象引用；
Attention）序列化的另一種重要應(yīng)用是： 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將對(duì)象集合傳送到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上。 正如文件中保存原生的內(nèi)存地址毫無(wú)意義一樣， 這些地址對(duì)于在不同處理器之間的通信也毫無(wú)意義的。因?yàn)樾蛄谢眯蛄刑?hào)代替了內(nèi)存地址， 所以它允許將對(duì)象集合從一臺(tái)機(jī)器傳送到另一臺(tái)機(jī)器；（干貨——序列化應(yīng)用于代替內(nèi)存地址來(lái)表示對(duì)象集合 便于對(duì)象集合在網(wǎng)絡(luò)間的傳輸）
【2】理解對(duì)象序列化的文件格式
2.1）當(dāng)存儲(chǔ)一個(gè)對(duì)象時(shí)，這個(gè)對(duì)象所屬的類(lèi)也必須存儲(chǔ)。這個(gè)類(lèi)的描述（Descriptions）包含：
- D1）類(lèi)名；
- D2）序列化的版本唯一的ID， 它是數(shù)據(jù)域類(lèi)型和方法簽名的指紋；
- D3）描述序列化方法的標(biāo)志集；
- D4）對(duì)數(shù)據(jù)域的描述；
（干貨——序列化版本ID 就是 指紋， 而指紋是包含于對(duì)象描述內(nèi)容中的）
2.2）指紋： 是通過(guò)對(duì)類(lèi)、超類(lèi)、接口、域類(lèi)型和方法簽名按照規(guī)范方式排序的， 然后將安全散列算法（SHA） 應(yīng)用于這些數(shù)據(jù)而獲得的；（干貨——指紋定義）
- 2.2.1）指紋比對(duì)： 在讀入一個(gè)對(duì)象時(shí)， 會(huì)拿其指紋與它所屬的類(lèi)的當(dāng)前指紋進(jìn)行比對(duì)， 如果不匹配， 那么就說(shuō)明這個(gè)類(lèi)的定義在該對(duì)象被寫(xiě)出之后發(fā)生過(guò)變化， 因此會(huì)產(chǎn)生一個(gè)異常；
（干貨——指紋比對(duì)） - 2.2.2）類(lèi)標(biāo)識(shí)符是如何存儲(chǔ)的？ （干貨——類(lèi)標(biāo)識(shí)符是如何存儲(chǔ)的，了解而已）
- 2.2.3）每個(gè)數(shù)據(jù)域描述符的格式如下： （干貨——每個(gè)數(shù)據(jù)域描述符的格式）
Attention）你應(yīng)該記住： （干貨——需要記住的對(duì)象流的key point）
- A1）對(duì)象流輸出中包含所有對(duì)象的類(lèi)型和數(shù)據(jù)域；
- A2）每個(gè)對(duì)象都被賦予一個(gè)序列號(hào)；
- A3） 相同對(duì)象的重復(fù)出現(xiàn)將被存儲(chǔ)為對(duì)這個(gè)對(duì)象的序列號(hào)的引用；
【3】修改默認(rèn)的序列化機(jī)制
3.1）problem+solution （干貨——某些數(shù)據(jù)域及其所屬類(lèi)是不可以序列化的）
- 3.1.1）problem：某些數(shù)據(jù)域是不可以序列化的， 如， 只對(duì)本地方法有意義的存儲(chǔ)文件句柄或窗口句柄的整數(shù)值； 這種域的值如果不恰當(dāng)，還會(huì)引起本地方法崩潰；
- 3.1.2）solution： java 將他們標(biāo)記為 transient；如果這些域?qū)儆诓豢尚蛄谢念?lèi)， 那么類(lèi)也需要標(biāo)記為 transient； （干貨——transient關(guān)鍵字的意義, transient==瞬變現(xiàn)象，過(guò)往旅客，候鳥(niǎo)；短暫的，路過(guò)的）
3.2）序列化機(jī)制為單個(gè)類(lèi)提供了一種方式，去向默認(rèn)的讀寫(xiě)行為添加驗(yàn)證或任何其他想要的行為， 可序列化的類(lèi)可以定義具有下列簽名的方法：readObject 和 writeObject；
- 3.2.1）之后數(shù)據(jù)域就再也不會(huì)被自動(dòng)序列化了， 取而代之的是調(diào)用這些方法；
- 3.2.2）除了讓序列化及直接來(lái)保存和恢復(fù)對(duì)象數(shù)據(jù)， 類(lèi)還可以定義它自己的機(jī)制。為了做到這一點(diǎn)，必須要實(shí)現(xiàn) Externalizeble 接口， 這需要它定義兩個(gè)方法：readExternal 和 writeExternal 方法；
Warning）
- W1） readObject 和 writeObject是私有的， 并且只能被序列化機(jī)制調(diào)用；
- W2）與此不同的是， readExternal 和 writeExternal 方法是公共的， 特別地， readExternal 還潛在地允許修改現(xiàn)有對(duì)象的狀態(tài)；
【4】序列化單例和類(lèi)型安全的枚舉
4.1） 當(dāng)類(lèi)型安全的枚舉實(shí)現(xiàn) Serializable 接口時(shí)， 你必須牢記存在一種重要變化， 此時(shí)，默認(rèn)的序列化機(jī)制是不適用的。 假設(shè)我們寫(xiě)出一個(gè) Orientation 類(lèi)型的值， 并將其再次讀回：
Orientation original = Orientation.HORIZONTAL； ObjectOutputStream oos = ..; oos.write(original); oos.close(); ObjectInputStream ois = ...; Orientation saved = (Orientation) ois.read();4.2）problem： 下面的測(cè)試 if(saved === Orientation.HORIZONTAL) 將失敗；
4.3）solution：為解決這個(gè)問(wèn)題，必須定義一種稱(chēng)為 readResolve 的特殊序列化方法。 如果定義了 readResolve 方法， 在對(duì)象被序列化后就會(huì)調(diào)用它。 它必須返回這個(gè)對(duì)象， 而該對(duì)象之后會(huì)成為 readObject 的返回值；
Attention）向遺留代碼中所有類(lèi)型安全的枚舉以及向所有支持單例設(shè)計(jì)模式的類(lèi)中添加readResolve 方法； （干貨——添加readResolve方法的條件）
【5】版本管理 （干貨——存儲(chǔ)在磁盤(pán)上version1的對(duì)象與內(nèi)存中version2的對(duì)象的輸入輸出問(wèn)題）
5.1）如果使用序列化來(lái)保存對(duì)象，就要考慮在程序演化時(shí)會(huì)有什么問(wèn)題？
5.2）無(wú)論類(lèi)的定義產(chǎn)生什么樣的變化，它的SHA指紋也會(huì)跟著變化， 而我們都知道對(duì)象流將拒絕讀入具有不同指紋的對(duì)象。但是類(lèi)可以表明它對(duì)其早期版本保持兼容， 要想這樣做， 就必須先獲得這個(gè)類(lèi)的早期版本的指紋。
- 5.2.1）我們可以使用JDK中的單機(jī)程序 serialver 來(lái)獲得這個(gè)數(shù)字， 如：serialver Employee 會(huì)打印出
- 5.2.2）如果一個(gè)類(lèi)具有名為 serialVersionUID 的靜態(tài)數(shù)據(jù)成員， 它就不需要再人工地計(jì)算其指紋了，而只需要直接使用這個(gè)值；
- 5.2.3）一旦該靜態(tài)成員（ serialVersionUID） 被設(shè)置在某個(gè)類(lèi)的內(nèi)部， 那么序列化系統(tǒng)就可以讀入這個(gè)類(lèi)的對(duì)象的不同版本；
5.3）如果這個(gè)類(lèi)只有方法產(chǎn)生了變化，那么在讀入新對(duì)象數(shù)據(jù)時(shí)是不會(huì)有任何問(wèn)題的。但是， 如果數(shù)據(jù)域發(fā)生了變化， 那么就有可能有問(wèn)題了；
5.4）對(duì)象流會(huì)將這個(gè)類(lèi)當(dāng)期版本的數(shù)據(jù)域和流中版本的數(shù)據(jù)域進(jìn)行比較；
- 5.4.1）如果這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)域之間名字匹配而類(lèi)型不匹配， 那么對(duì)象流不會(huì)嘗試將一種類(lèi)型轉(zhuǎn)換為另一種類(lèi)型， 因?yàn)檫@兩個(gè)對(duì)象不兼容；
- 5.4.2）如果流中的對(duì)象具有在當(dāng)前版本中所沒(méi)有的數(shù)據(jù)域， 那么對(duì)象流會(huì)忽略這些額外的數(shù)據(jù)；
- 5.4.3）如果當(dāng)期版本具有在流化對(duì)象中所沒(méi)有的數(shù)據(jù)域，那么這些新添加的域?qū)⒈辉O(shè)置為它們的默認(rèn)值（對(duì)象設(shè)置為null， 數(shù)組設(shè)置為0， 而boolean 設(shè)置為false）
5.5）看個(gè)荔枝：
- 5.5.1）假設(shè)我們已經(jīng)用雇員類(lèi)的1.0version 在磁盤(pán)上保存了大量的雇員記錄， 現(xiàn)在我們?cè)?Employee 上添加了 department的數(shù)據(jù)域，從而將其演化到 version2.0；
- 5.5.2）將version2的磁盤(pán)對(duì)象讀入到version1的程序中（內(nèi)存中），直接將department 數(shù)據(jù)域忽略掉；因?yàn)関ersion1 中的類(lèi)描述內(nèi)容沒(méi)有關(guān)于department的描述；
5.5.3）以上的忽略和置空真的安全嗎？ 視情況而定；
5.5.3.1）丟掉數(shù)據(jù)域看起來(lái)是無(wú)害的， 因?yàn)榻邮照呷匀豢梢該碛兴廊绾翁幚淼乃袛?shù)據(jù)， 但是將數(shù)據(jù)域設(shè)置為null， 卻可能并不那么安全了；
- 5.5.3.2） 這個(gè)問(wèn)題取決于類(lèi)的設(shè)計(jì)者是否能夠在 readObject方法中實(shí)現(xiàn)額外的代碼區(qū)訂正版本不兼容問(wèn)題， 或者是否能夠確保所有的方法在處理null 數(shù)據(jù)時(shí)都足夠健壯；
【6】為克隆使用序列化
6.1）序列化是一種很有用 的用法： 提供了一種克隆對(duì)象的簡(jiǎn)便途徑， 只要對(duì)應(yīng)的類(lèi)是可序列化的即可；
6.2）做法很簡(jiǎn)單：直接將對(duì)象序列化到輸入流中， 然后將其讀回。
- 6.2.1）這樣產(chǎn)生的新對(duì)象是對(duì)現(xiàn)有對(duì)象 的一個(gè)深拷貝。
- 6.2.2）在這個(gè)過(guò)程中， 我們不必將對(duì)象寫(xiě)出到文件中， 因?yàn)榭梢杂?ByteArrayOutputStream 將數(shù)據(jù)保存到字節(jié)數(shù)組中；
6.3）看個(gè)荔枝： 要想得到 clone 方法， 只需要擴(kuò)展 SerialCloneable 類(lèi)就可以了； （干貨——為克隆使用序列化，需要實(shí)現(xiàn)SerialCloneable ）
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的java流与文件——对象流和序列化的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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