Java基础 - 序列化 & 反序列化

背景

UTF-8

Unicode Transformation Format – 8-bit，用于在计算机中表示世界上所有的文字字符。

最早的编码是用ASCII，用一个字节（8位）表示字符，但它最多只能表示 128 个字符，不能表示世界上所有语言和符号。UTF-8 使用 1到4个字节 来编码一个字符，向后兼容 ASCII（前128个字符完全一样）。它是目前最广泛使用的字符编码，尤其是在网络、网页、编程语言中。

Definition

序列化就是把一个在内存中的数据对象（如变量、对象、数据结构）转换成一个可以存储或传输的格式的过程。在程序运行中，对象位于内存，如果想要把对象保存到硬盘、发送到网络、或写入文件，你必须把它转换成一种通用格式，比如 JSON、XML、或二进制流，这就是序列化。

反序列化是把序列化后的数据重新变成程序能使用的对象的过程。

序列化/反序列化方法

java.io.Serializable

java.io.Serializable 是 Java 自带的二进制序列化机制，用于在 Java 内部保存/传输对象（不像JSON是跨语言的）。

定义：

public interface Serializable {}

它是一个标记接口，用于告诉 JVM 这个类的对象可以被序列化。如果一个类不实现Serializable，使用Java自带的序列化时，会抛出异常。因此 Java 要求你必须显示地声明你允许对象被序列化。这个是Java原生的序列化机制，使用 ObjectOutputStream 和 ObjectInputStream 来读写对象，Java 自动把对象转换为字节流或从字节流中恢复回来。

import java.io.Serializable;

public class Student implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String name;
    private int age;
}

ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("p.dat"));
out.writeObject(new Student());

transient

使用 transient 关键字修饰的字段将被序列化机制完全忽略。它不会被写入字节流，因此在反序列化后，该字段将被赋予其类型的默认值。

serialVersionUID

如果你将一个对象序列化之后保存在磁盘或数据库中，过了一段时间后，你修改了这个类的结构（比如新增字段或删除字段），然后你尝试从旧的数据反序列化回对象，这时如果 serialVersionUID 不匹配，Java 会报错。如果你不自动加上这个字段，JVM 会根据类结构自动生成 serialVersionUID，但是如果修改了一个方法签名、改了注释、改了访问权限，都会生成不同的 ID，因此建议手动写死 serialVersionUID，以避免版本冲突。

在反序列化时，JVM 会比较流中对象的 serialVersionUID 和本地加载的类的 serialVersionUID。如果两者不匹配，将抛出 java.io.InvalidClassException。

JSON

JSON (JavaScript Object Notation)，是一个纯文本格式的数据容器。几乎所有的 Web API 都使用 JSON 作为数据交换标准，许多应用也用 .json 文件保存设置

{
  "name": "Alice",
  "age": 25,
  "is_student": false,
  "skills": ["Python", "Java", "C++"]
}

JSON原理

JAVA语言中可以使用Jackson库来做序列化/反序列化。JSON 使用 UTF-8来编码，底层存储时，JSON 实际是一个 UTF-8 字节流。

import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;

Person p = new Person();
p.name = "Alice";
p.age = 25;

// 创建 ObjectMapper（JSON 处理器）
ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();

// 序列化
String jsonStr = mapper.writeValueAsString(p);
System.out.println(jsonStr); // 输出：{"name":"Alice","age":25}

// 反序列化
String jsonStr = "{\"name\":\"Alice\",\"age\":25}";
Person p = mapper.readValue(jsonStr, Person.class);

序列化时，Jackson 会使用 Java 的反射机制，找到这个类的所有字段和值，然后 Jackson 根据字段类型判断要怎么转换为 JSON 语法，最后构建 JSON 字符串。

XML

XML（eXtensible Markup Language） 是一种可扩展的标记语言，用于存储和传输数据。

XML示例：

<!-- 用子标签表示信息 -->
<person>
    <name>Alice</name>
    <age>25</age>
    <skills>
        <skill>Java</skill>
        <skill>Python</skill>
    </skills>
</person>

<!-- 也可以用属性表示信息 -->
<person age="25" name="Alice">
    <city>Beijing</city>
</person>

Protobuf

Protocol Buffers（Protobuf） 是由 Google 开发的一种高效、结构化、跨语言的数据序列化协议。它把数据结构转换成紧凑的二进制格式，用于在网络中传输或存储。Protobuf 详细介绍