Java：对一个对象序列化和反序列化的简单实现
名词解释
序列化：将Java对象转化成字节的过程
反序列化：将字节转化成Java对象的过程
字节：1字节（byte）= 8bit，bit就是计算机认识的二进制
序列化的作用
Java对象是在Java虚拟机中使用的，一旦Java进程结束，对象就会消失，要将只有虚拟机才认识的对象，保存在磁盘中，必须将对象转化成字节。
- 在RPC中的用处：序列化将对象转换为字节流，然后通过网络传输进行发送
- 保存对象的状态：当Java进程需要重启时，可以将对象序列化后保存在文件中，对象的状态不会因为进程的关闭而丢失
如何进行序列化
基本数据类型转为字节的思路
对于有多个字节的数据，用移位运算符，将每8位进行移位，用一个字节保存
- Int类型：一个int有4个字节，可以创建一个长度为4的字节数组进行保存（short，long类似）
- char类型：一个char有2个字节，用相应长度的字节数组保存后，反序列化时再强制转化为char
- String类型：String的值主要是一个char数组，创建一个大小为char数组两倍的字节数组进行保存，反序列化时再转化为String
- Double和Float类型：过程比较复杂（没学会），建议直接调用工具类
一个字节和其他类型的转换工具类
import java.nio.ByteBuffer; public class ByteUtils { public static byte[] short2bytes(short v) { byte[] b = new byte[4]; b[1] = (byte) v; b[0] = (byte) (v >>> 8); return b; } public static byte[] String2bytes(String str){ char[] chars = str.toCharArray(); byte[] charByte = new byte[chars.length*2]; for (int i = 0; i < chars.length; i++) { charByte[i*2] = (byte) (chars[i] >>> 8); charByte[i*2+1] = (byte) (chars[i]); } return charByte; } public static byte[] int2bytes(int v) { byte[] b = new byte[4]; b[3] = (byte) v; b[2] = (byte) (v >>> 8); b[1] = (byte) (v >>> 16); b[0] = (byte) (v >>> 24); return b; } public static byte[] long2bytes(long v) { byte[] b = new byte[8]; b[7] = (byte) v; b[6] = (byte) (v >>> 8); b[5] = (byte) (v >>> 16); b[4] = (byte) (v >>> 24); b[3] = (byte) (v >>> 32); b[2] = (byte) (v >>> 40); b[1] = (byte) (v >>> 48); b[0] = (byte) (v >>> 56); return b; } public static byte[] double2bytes(double d){ long lValue = Double.doubleToLongBits(d); byte[] bytes = long2bytes(lValue); return bytes; } public static int bytes2Int_BE(byte[] bytes) { if(bytes.length < 4){ return -1; } int iRst = (bytes[0] << 24) & 0xFF; iRst |= (bytes[1] << 16) & 0xFF; iRst |= (bytes[2] << 8) & 0xFF; iRst |= bytes[3] & 0xFF; return iRst; } public static long bytes2long(byte[] b) { ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(8); buffer.put(b, 0, b.length); buffer.flip();// need flip return buffer.getLong(); } public static String bytes2String(byte[] bytes){ char[] chars = new char[bytes.length/2]; for (int i = 0; i < chars.length; i++) { chars[i] = (char) ((bytes[i*2] << 8) | bytes[i*2+1]); } return new String(chars); } public static float byte2Float(byte[] bytes){ Integer iValue = bytes2Int_BE(bytes); float dValue = Float.intBitsToFloat(iValue); return dValue; } public static double byte2Double(byte[] bytes){ Long lValue = bytes2long(bytes); double dValue = Double.longBitsToDouble(lValue); return dValue; } }
如何序列化对象
其实序列化就是为了反序列化，保存对象之后必然要读取对象，所以站在反序列化的角度去研究序列化
得到一串字节流之后，要如何转换成对象
- 要通过反射创建对象，首先要知道对象的类名称，然后调用类的默认构造函数
- 要识别类名称，得知道类名称是由哪些字节转换的
- 要有一个值存放类名称的字节长度，长度前最好放一个标记
- 给对象的字段赋值，各种类型都不一样，需要识别
- 需要数据类型的字节长度，根据长度去识别字节数组中的一部分
- 将字节转换成指定的数据类型
- 通过反射给对象的字段赋值
序列化的代码实现如下
- 这里没有将对象的类型写入字节数组，因为反序列化的方法会传入一个class参数，可以直接构造对象
1 public static byte[] serialize(Object object) throws IllegalAccessException, ClassNotFoundException { 2 3 // 对象序列化后的字节数组 4 byte[] objectByte = new byte[1024]; 5 // 通过移动的下标变量不断往数组添加数据 6 int index = 0; 7 // 标记后面的字节可以转化成对象 8 objectByte[index] = SerializationNum.SERIALIZATION_OBJECT_NUM; 9 10 Class clazz = object.getClass(); 11 // 遍历所有字段，将字段的值转化为字节 12 Field[] fields = clazz.getDeclaredFields(); 13 // 一开始的标记占了一个位置 14 int len = 1; 15 for (Field field : fields) { 16 17 // 将private属性设置为可访问 18 field.setAccessible(true); 19 20 // 每次移动下标,给后面的数据腾地方 21 index += len; 22 // 不同的类型，不同的转化方式 23 Class fieldClass = field.getType(); 24 // 每种类型对应一个标记 25 byte magicNum = SerializationNum.getNum(fieldClass); 26 27 byte[] valueByte = new byte[0]; 28 switch (magicNum){ 29 case SerializationNum.INTEGER_NUM: 30 // 反射获取值 31 Integer iValue = (Integer) field.get(object); 32 // int类型是4个字节 33 len = 4; 34 // 转化成一个长度为4的字节数组 35 valueByte = ByteUtils.int2bytes(iValue); 36 break; 37 38 case SerializationNum.LONG_NUM: 39 long longValue = field.getLong(object); 40 len = 8; 41 valueByte = ByteUtils.long2bytes(longValue); 42 break; 43 44 case SerializationNum.STRING_NUM: 45 String sValue = (String) field.get(object); 46 valueByte = ByteUtils.String2bytes(sValue); 47 len = valueByte.length; 48 break; 49 50 default: 51 break; 52 } 53 // 将类型和长度都添加字节数组中 54 objectByte[index++] = magicNum; 55 objectByte[index++] = (byte) len; 56 // 转化后的字节复制到对象字节数组 57 System.arraycopy(valueByte,0,objectByte,index,len); 58 } 59 60 index += len; 61 // 对象已经整个被转化完毕的标记 62 objectByte[index] = SerializationNum.FINISH_NUM; 63 64 return objectByte; 65 }
反序列化过程实现
1 public static Object deserialize(byte[] bytes,Class clazz) throws InstantiationException, IllegalAccessException { 2 3 int index = 0; 4 // 识别首部，确保是能够反序列化成对象的字节 5 if (bytes[index] != SerializationNum.SERIALIZATION_OBJECT_NUM) { 6 return null; 7 } 8 9 // 使用默认构造方法 10 Object obj = clazz.newInstance(); 11 // 跳过最开始的魔数 12 byte len = 1; 13 14 // 一个个给对象的字段赋值 15 for (Field declaredField : clazz.getDeclaredFields()) { 16 declaredField.setAccessible(true); 17 // 每次移动下标 18 index += len; 19 20 // 不同的类型，不同的转化方式 21 Class fieldClass = declaredField.getType(); 22 23 byte magicNum = SerializationNum.getNum(fieldClass); 24 25 // 防止数组越界 26 if (index >= bytes.length || bytes[index] != magicNum){ 27 continue; 28 } 29 30 Object value = null; 31 // 先获取需要的字节长度 32 len = bytes[++index]; 33 // 创建一个新数组去作为方法参数，如果不采用这种传参方式，也许能节约这个空间 34 byte[] srcBytes = new byte[len]; 35 System.arraycopy(bytes,++index,srcBytes,0,len); 36 37 switch (magicNum){ 38 case SerializationNum.INTEGER_NUM: 39 40 value = ByteUtils.bytes2Int_BE(srcBytes); 41 break; 42 43 case SerializationNum.LONG_NUM: 44 45 value = ByteUtils.bytes2long(srcBytes); 46 break; 47 48 case SerializationNum.STRING_NUM: 49 50 value = ByteUtils.bytes2String(srcBytes); 51 break; 52 53 case SerializationNum.DOUBLE_NUM: 54 value = ByteUtils.byte2Double(srcBytes); 55 break; 56 57 default: 58 break; 59 } 60 // 将值赋给对象 61 declaredField.set(obj,value); 62 } 63 return obj; 64 }
对各种基本数据类型进行特殊标记的工具类
public class SerializationNum { public static final byte BOOLEAN_NUM = 0x01; public static final byte SHORT_NUM = 0x02; public static final byte INTEGER_NUM = 0x03; public static final byte LONG_NUM = 0x04; public static final byte CHAR_NUM = 0x05; public static final byte FLOAT_NUM = 0x06; public static final byte DOUBLE_NUM = 0x07; public static final byte STRING_NUM = 0x08; public static final byte OBJECT_NUM = 0x09; public static final byte SERIALIZATION_OBJECT_NUM = 0x10; public static final byte FINISH_NUM = 0x30; public static byte getNum(Class clazz){ if (clazz == String.class) { return STRING_NUM; } if (clazz == Integer.class) { return INTEGER_NUM; } if (clazz == Double.class) { return DOUBLE_NUM; } if (clazz == Boolean.class) { return BOOLEAN_NUM; } if (clazz == Float.class) { return FINISH_NUM; } if (clazz == Long.class) { return LONG_NUM; } return 0x77; } }
测试代码
1 public static void main(String[] args) throws IOException { 2 Entity entity = new Entity(); 3 4 entity.setName("name"); 5 entity.setNum(5); 6 entity.setId(5L); 7 entity.setMoney(100.55); 8 9 try { 10 System.out.println("可以将对象序列号后的字节重新反序列化成对象"); 11 byte[] objByte = serialize(entity); 12 Entity entity1 = (Entity) deserialize(objByte,Entity.class); 13 System.out.println(entity1); 14 15 16 System.out.println("保存在文件的字节，取出来后也可以反序列成对象"); 17 FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("text.out"); 18 FileInputStream inputStream = new FileInputStream("text.out"); 19 byte[] fileBytes = new byte[1024]; 20 21 outputStream.write(objByte); 22 inputStream.read(fileBytes); 23 24 Entity entity2 = (Entity) deserialize(fileBytes,Entity.class); 25 System.out.println(entity2); 26 27 } catch (IllegalAccessException | ClassNotFoundException | InstantiationException e) { 28 System.out.println("类不能被构造"); 29 e.printStackTrace(); 30 } 31 32 }
测试结果：
