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。

1. 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
2. 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：