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漫谈序列化—使用、原理、问题

码上积木

发布于 2021-02-08 11:13:52

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代码可运行

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代码可运行

前言

天天跟我说给我介绍对象对象，对象在哪里？哪里有对象？

你倒是把对象拿给我看看啊！

拿去拿去 :

{
 "name": "小丽",
 "age": "22",
 "sex": "女"
}

我去～

序列化概念

说到对象，是一个比较宽泛的概念，简单的说，他就是类的一个实例，有状态和行为，存活在内存中，一旦JVM停止运行，对象的状态也会丢失。

那么如何将这个对象当前状态进行一个记录，使其可以进行存储和传输呢？这就要用到序列化了：

序列化 (Serialization)是将对象的状态信息转换为可以存储或传输的形式的过程

比如一个User对象，名字为小丽，年龄22，性别为女。现在要把这个User对象保存下来，不然要是这个对象被别人改成了男可咋办。

所以我们就可以把它当前的状态信息转化成一种固定的格式，比如json格式：

{
 "name": "小丽",
 "age": "22",
 "sex": "女"
}

所以上述的例子就是一个序列化过程，本身这个User对象存活在内存中，是无法直接进行数据持久化的，所以我们需要一些序列化的方式让它可以进行保存传输：

比如xml、JSON、Protobuf、Serializable、Parcelable，这些都是可以进行序列化的方式。

所以关于序列化我们就有很多问题了：

在java有Serializable的前提下，Android为什么设计出了Parcelable？
Parcelable一定比Serializable快吗？
为什么Java提供了Serializable的序列化方式，而不是直接使用json或者xml？
Serializable、Parcelable、Json等序列化方式我们该怎么选择？

带着这些问题，我们去看看序列化的世界。

Serializable

先说说Java中自带的序列化方式——Serializable。

Serializable是java.io包中定义的、用于实现Java类的序列化操作而提供的一个语义级别的接口

只要我们实现Serializable接口，那么这个类就可以被ObjectOutputStream转换为字节流，也就是进行了序列化。

使用

java：

public class User implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID=519067123721561165l;
    
    private int id;

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }
}

kotlin:

data class User( 
    val id: Int
) : Serializable

serialVersionUID

这个变量如果不写，系统也会自动生成。它的作用在于标示这个数据对象的一致性。

当序列化的时候，系统会把当前类的serialVersionUID写入序列化的文件中，当反序列化的时候会去检测这个serialVersionUID，看他是否和当前类的serialVersionUID一致，一样则可以正常反序列化，如果不一样就会报错了。

如果我们不写的话，在我们修改类的某些属性之后，serialVersionUID就会改变。

所以我们手动指定serialVersionUID后，就能在修改类之后，让系统认识序列化的过程中标示这是同一个类，从而保证最大限度来恢复数据。

原理

在Serializable的注释中有提到，如果要想在序列化过程中做一些特殊的操作，可以实现这几个特殊方法：

writeObject(),负责写入对象的特定类，以便相应的readObject方法可以恢复它
readObject(),负责从流中读取并恢复类字段

所以这两个方法其实就是Serializable实现的关键。首先看看写入方法writeObject（伪代码）：

private void writeObject(){
    //获取类的描述信息ObjectStreamClass(里面包含了类名称、类字段、serialVersionUID等，用到大量反射)
     desc = ObjectStreamClass.lookup(cl, true);
     //写入元数据TC_OBJECT,代表是一个新对象
     bout.writeByte(TC_OBJECT);
     //写入描述信息（从父类写到子类）
     writeClassDesc(desc, false);
     //写入serialVersionUID,serialVersionUID为空的情况下，序列化机制就会调用一个函数根据类内部的属性等计算出一个hash值
     getSerialVersionUID();
     //执行JVM的序列化操作
     defaultWriteFields();
}


private void defaultWriteFields(Object obj, ObjectStreamClass desc){
    //写入基本数据类型
    bout.write(primVals, 0, primDataSize, false);

    //写入引用数据类型（又重新调用了writeObject方法）
    Object[] objVals = new Object[desc.getNumObjFields()];
    for (int i = 0; i < objVals.length; i++) {
        writeObject(objVals[i],fields[numPrimFields + i].isUnshared());
    }
}

写入数据的流程基本就这些，可以看到Serializable序列化的过程，其实就是一个写入流的过程。然后就可以根据情况将二进制流保持为文件，或者包装成ByteArrayOutStream写入到内存中进行传输。

所以Serializable使用的范围比较广，可以作为文件保存下来，也可以作为二进制流对象用于内存中的传输。但是由于用到反射、IO，而且大量的临时变量会引起频繁的GC，所以效率不算高。

所以，为了提高在Android中对象传输的效率呢，Android就采用了新的序列化方式——Parcelable。

Parcelable

Parcelable是Android为我们提供的序列化的接口，是为了解决Serializable在序列化的过程中消耗资源严重，而Android本身的内存比较紧缺的问题，但是用法较为繁琐，主要用于内存中数据的传输。

使用

java：

public class User implements Parcelable {
    private int id;

    protected User(Parcel in) {
        id = in.readInt();
    }

    @Override
    public void writeToParcel(Parcel dest, int flags) {
        dest.writeInt(id);
    }

    @Override
    public int describeContents() {
        return 0;
    }

    public static final Creator<User> CREATOR = new Creator<User>() {
        @Override
        public User createFromParcel(Parcel in) {
            return new User(in);
        }

        @Override
        public User[] newArray(int size) {
            return new User[size];
        }
    };

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }
}

kotlin:

androidExtensions {
    experimental = true
}

@Parcelize
data class User(val name: String) : Parcelable

原理

先说说Parcelable写法中这几个方法参数的意思：

createFromParcel，User(Parcel in) ，代表从序列化的对象中创建原始对象
newArray，代表创建指定长度的原始对象数组
writeToParcel，代表将当前对象写入到序列化结构中。
describeContents，代表返回当前对象的内容描述。如果还有文件描述符，返回1，否则返回0。

好了，在了解Parcelable原理之前，我们先要了解下Parcel。

Parcel是一个容器，它主要用于存储序列化数据，然后可以通过Binder在进程间传递这些数据

所以Parcel就是可以进行IPC通信的容器，同样底层也是用到了Binder。（Binder在Android中真是无处不在啊）

//写入数据
Parcel parcle = Parcel.Obtain();
parcel.writeString(String val);

//读取数据
parcel.setDataPosition(i);
parcel.readString();

再往底层就是Binder的原理了，也就是将数据写到内核的共享内存中，然后其他进程可以从共享内存中进行读取。

而Parcelable的实现就是基于这个Parcel容器，还记得刚才的几个方法吗：

writeToParcel，写入数据到Parcel容器。
new User(in)，从Parcel容器读取数据。

Parcelable的原理就是如此啦。

思考问题

介绍完了两种序列化方式，我们再来看看文章开头的这些问题。

在java有Serializable的前提下，Android为什么设计出了Parcelable？

java中的序列化方式Serializable效率比较低，主要有以下原因：

Serializable在序列化过程中会创建大量的临时变量，这样就会造成大量的GC。
Serializable使用了大量反射，而反射操作耗时。
Serializable使用了大量的IO操作，也影响了耗时。

所以Android就像重新设计了IPC方式Binder一样，重新设计了一种序列化方式，结合Binder的方式，对上述三点进行了优化，一定程度上提高了序列化和反序列化的效率。

Serializable、Parcelable、Json等序列化方式我们该怎么选择？

先说说序列化的用处，主要用在三个方面：

1、内存数据传输

内存传输方面，主要用Parcelable。一是因为Parcelable在内存传输的效率比Serializable高。二是因为在Android中很多传输数据的方法中，自带了对于Serializable、Parcelable类型的传输方法。比如:

Bundle.putParcelable,
Intent putExtra(String name, Parcelable value)

等等吧，基本上对象传输的方法都支持了，所以这也是Parcelable的优势。

2、数据持久化（本地存储）

如果只针对Serializable和Parcelable两种序列化方式，需要选择Serializable。

首先，Serializable本身就是存储到二进制文件，所以用于持久化比较方便。而Parcelable序列化是在内存中操作，如果进程关闭或者重启的时候，内存中的数据就会消失，那么Parcelable序列化用来持久化就有可能会失败，也就是数据不会连续完整。而且Parcelable还有一个问题是兼容性，每个Android版本可能内部实现都不一样，知识用于内存中也就是传递数据的话是不影响的，但是如果持久化可能就会有问题了，低版本的数据拿到高版本可能会出现兼容性问题。

但是实际情况，对于Android中的对象本地化存储，一般是以数据库、SP的方式进行保存。

3、网络传输

而对于网络传输的情况，一般就是使用JSON了。主要有以下几点原因：

1、轻量级，没有多余的数据。
2、与语言无关，所以能兼容所有平台语言。
3、易读性，易解析。

Parcelable一定比Serializable快吗？

正常情况下，对象在内存中进行传输确实是Parcelable比较快，但是Serializable是有缓存的概念的，有人做了一个比较有趣的实验：

当序列化一个超级大的对象图表（表示通过一个对象，拥有通过某路径能访问到其他很多的对象），并且每个对象有10个以上属性时，并且Serializable实现了writeObject()以及readObject()，在平均每台安卓设备上，Serializable序列化速度大于Parcelable 3.6倍，反序列化速度大于1.6倍.

具体原因就是因为Serilazable的实现方式中，是有缓存的概念的，当一个对象被解析过后，将会缓存在HandleTable中，当下一次解析到同一种类型的对象后，便可以向二进制流中，写入对应的缓存索引即可。但是对于Parcel来说，没有这种概念，每一次的序列化都是独立的，每一个对象，都当作一种新的对象以及新的类型的方式来处理。

具体过程可以看看这篇：https://juejin.cn/post/6854573218334769166

为什么Java提供了Serializable的序列化方式，而不是直接使用json或者xml？

我觉得是历史遗留问题。

有的人可能会想到各种理由，比如可以标记哪些类可以被序列化。又或者可以通过UID来标示反序列化为同一个对象。等等。

但是我觉得最大的问题还是历史遗留问题，在以前，json还没有成为大家认同的数据结构，所以Java就设计出了Serializable的序列化方式来解决对象持久化和对象传输的问题。然后Java中各种API就会依赖于这种序列化方式，这么些年过去了，Java体系的庞大也造成难以改变这个问题，牵一发而动全身。

为什么我这么说呢？

主要有两点依据：

一是曾经Oracle Java平台组的架构师说过，删除Java的序列化机制并且提供给用户可以选择的序列化方式（比如json）是他们计划中的一部分，因为Java序列化也造成了很多Java漏洞。具体可以参见文章：https://www.infoworld.com/article/3275924/oracle-plans-to-dump-risky-java-serialization.html
二是因为在Serializable类的介绍注释中，明确说到推荐大家选择JSON 和 GSON库，因为它简洁、易读、高效。

 * <h3>Recommended Alternatives</h3>
 * <strong>JSON</strong> is concise, human-readable and efficient. Android
 * includes both a {@link android.util.JsonReader streaming API} and a {@link
 * org.json.JSONObject tree API} to read and write JSON. Use a binding library
 * like <a href="http://code.google.com/p/google-gson/">GSON</a> to read and
 * write Java objects directly.

Android体系架构

连载文章、脑图、面试专题：

https://github.com/JiMuzz/Android-Architecture

参考

https://developer.android.google.cn/reference/android/os/Parcel?hl=en https://blog.csdn.net/lwj_zeal/article/details/90743500 https://juejin.cn/post/6854573218334769166#heading http://blog.sina.com.cn/s/blog_6e07f1eb0100rsax.html https://www.zhihu.com/question/283510695 https://www.infoworld.com/article/3275924/oracle-plans-to-dump-risky-java-serialization.html

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