漫談序列化之使用、原理、問題
前言
天天跟我說給我介紹對(duì)象對(duì)象，對(duì)象在哪里?哪里有對(duì)象?
你倒是把對(duì)象拿給我看看啊!
拿去拿去 :
- {
- "name": "小麗",
- "age": "22",
- "sex": "女"
- }
我去～
序列化概念
說到對(duì)象，是一個(gè)比較寬泛的概念，簡(jiǎn)單的說，他就是類的一個(gè)實(shí)例，有狀態(tài)和行為，存活在內(nèi)存中，一旦JVM停止運(yùn)行，對(duì)象的狀態(tài)也會(huì)丟失。
那么如何將這個(gè)對(duì)象當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行一個(gè)記錄，使其可以進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸呢?這就要用到序列化了：
序列化 (Serialization)是將對(duì)象的狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為可以存儲(chǔ)或傳輸?shù)男问降倪^程
比如一個(gè)User對(duì)象，名字為小麗，年齡22，性別為女。現(xiàn)在要把這個(gè)User對(duì)象保存下來，不然要是這個(gè)對(duì)象被別人改成了男可咋辦。
所以我們就可以把它當(dāng)前的狀態(tài)信息轉(zhuǎn)化成一種固定的格式，比如json格式：
- {
- "name": "小麗",
- "age": "22",
- "sex": "女"
- }
所以上述的例子就是一個(gè)序列化過程，本身這個(gè)User對(duì)象存活在內(nèi)存中，是無法直接進(jìn)行數(shù)據(jù)持久化的，所以我們需要一些序列化的方式讓它可以進(jìn)行保存?zhèn)鬏敚?/p>
比如xml、JSON、Protobuf、Serializable、Parcelable，這些都是可以進(jìn)行序列化的方式。
所以關(guān)于序列化我們就有很多問題了：
- 在java有Serializable的前提下，Android為什么設(shè)計(jì)出了Parcelable?
- Parcelable一定比Serializable快嗎?
- 為什么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等序列化方式我們?cè)撛趺催x擇?
帶著這些問題，我們?nèi)タ纯葱蛄谢氖澜纭?/p>
Serializable
先說說Java中自帶的序列化方式——Serializable。
Serializable是java.io包中定義的、用于實(shí)現(xiàn)Java類的序列化操作而提供的一個(gè)語義級(jí)別的接口
只要我們實(shí)現(xiàn)Serializable接口，那么這個(gè)類就可以被ObjectOutputStream轉(zhuǎn)換為字節(jié)流，也就是進(jìn)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
這個(gè)變量如果不寫，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)生成。它的作用在于標(biāo)示這個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象的一致性。
當(dāng)序列化的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)把當(dāng)前類的serialVersionUID寫入序列化的文件中，當(dāng)反序列化的時(shí)候會(huì)去檢測(cè)這個(gè)serialVersionUID，看他是否和當(dāng)前類的serialVersionUID一致，一樣則可以正常反序列化，如果不一樣就會(huì)報(bào)錯(cuò)了。
如果我們不寫的話，在我們修改類的某些屬性之后，serialVersionUID就會(huì)改變。
所以我們手動(dòng)指定serialVersionUID后，就能在修改類之后，讓系統(tǒng)認(rèn)識(shí)序列化的過程中標(biāo)示這是同一個(gè)類，從而保證最大限度來恢復(fù)數(shù)據(jù)。
原理
在Serializable的注釋中有提到，如果要想在序列化過程中做一些特殊的操作，可以實(shí)現(xiàn)這幾個(gè)特殊方法：
- writeObject(),負(fù)責(zé)寫入對(duì)象的特定類，以便相應(yīng)的readObject方法可以恢復(fù)它
- readObject(),負(fù)責(zé)從流中讀取并恢復(fù)類字段
所以這兩個(gè)方法其實(shí)就是Serializable實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。首先看看寫入方法writeObject(偽代碼)：
- private void writeObject(){
- //獲取類的描述信息ObjectStreamClass(里面包含了類名稱、類字段、serialVersionUID等，用到大量反射)
- desc = ObjectStreamClass.lookup(cl, true);
- //寫入元數(shù)據(jù)TC_OBJECT,代表是一個(gè)新對(duì)象
- bout.writeByte(TC_OBJECT);
- //寫入描述信息（從父類寫到子類）
- writeClassDesc(desc, false);
- //寫入serialVersionUID,serialVersionUID為空的情況下，序列化機(jī)制就會(huì)調(diào)用一個(gè)函數(shù)根據(jù)類內(nèi)部的屬性等計(jì)算出一個(gè)hash值
- getSerialVersionUID();
- //執(zhí)行JVM的序列化操作
- defaultWriteFields();
- }
- private void defaultWriteFields(Object obj, ObjectStreamClass desc){
- //寫入基本數(shù)據(jù)類型
- bout.write(primVals, 0, primDataSize, false);
- //寫入引用數(shù)據(jù)類型（又重新調(diào)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());
- }
- }
寫入數(shù)據(jù)的流程基本就這些，可以看到Serializable序列化的過程，其實(shí)就是一個(gè)寫入流的過程。然后就可以根據(jù)情況將二進(jìn)制流保持為文件，或者包裝成ByteArrayOutStream寫入到內(nèi)存中進(jìn)行傳輸。
所以Serializable使用的范圍比較廣，可以作為文件保存下來，也可以作為二進(jìn)制流對(duì)象用于內(nèi)存中的傳輸。但是由于用到反射、IO，而且大量的臨時(shí)變量會(huì)引起頻繁的GC，所以效率不算高。
所以，為了提高在Android中對(duì)象傳輸?shù)男誓兀珹ndroid就采用了新的序列化方式——Parcelable。
Parcelable
Parcelable是Android為我們提供的序列化的接口，是為了解決Serializable在序列化的過程中消耗資源嚴(yán)重，而Android本身的內(nèi)存比較緊缺的問題，但是用法較為繁瑣，主要用于內(nèi)存中數(shù)據(jù)的傳輸。
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;
- }
- }
- androidExtensions {
- experimental = true
- }
- @Parcelize
- data class User(val name: String) : Parcelable
原理
先說說Parcelable寫法中這幾個(gè)方法參數(shù)的意思：
- createFromParcel，User(Parcel in) ，代表從序列化的對(duì)象中創(chuàng)建原始對(duì)象
- newArray，代表創(chuàng)建指定長(zhǎng)度的原始對(duì)象數(shù)組
- writeToParcel，代表將當(dāng)前對(duì)象寫入到序列化結(jié)構(gòu)中。
- describeContents，代表返回當(dāng)前對(duì)象的內(nèi)容描述。如果還有文件描述符，返回1，否則返回0。
好了，在了解Parcelable原理之前，我們先要了解下Parcel。
Parcel是一個(gè)容器，它主要用于存儲(chǔ)序列化數(shù)據(jù)，然后可以通過Binder在進(jìn)程間傳遞這些數(shù)據(jù)
所以Parcel就是可以進(jìn)行IPC通信的容器，同樣底層也是用到了Binder。(Binder在Android中真是無處不在啊)
- //寫入數(shù)據(jù)
- Parcel parcle = Parcel.Obtain();
- parcel.writeString(String val);
- //讀取數(shù)據(jù)
- parcel.setDataPosition(i);
- parcel.readString();
再往底層就是Binder的原理了，也就是將數(shù)據(jù)寫到內(nèi)核的共享內(nèi)存中，然后其他進(jìn)程可以從共享內(nèi)存中進(jìn)行讀取。
而Parcelable的實(shí)現(xiàn)就是基于這個(gè)Parcel容器，還記得剛才的幾個(gè)方法嗎：
- writeToParcel，寫入數(shù)據(jù)到Parcel容器。
- new User(in)，從Parcel容器讀取數(shù)據(jù)。
Parcelable的原理就是如此啦。
思考問題
介紹完了兩種序列化方式，我們?cè)賮砜纯次恼麻_頭的這些問題。
在java有Serializable的前提下，Android為什么設(shè)計(jì)出了Parcelable?
java中的序列化方式Serializable效率比較低，主要有以下原因：
- Serializable在序列化過程中會(huì)創(chuàng)建大量的臨時(shí)變量，這樣就會(huì)造成大量的GC。
- Serializable使用了大量反射，而反射操作耗時(shí)。
- Serializable使用了大量的IO操作，也影響了耗時(shí)。
所以Android就像重新設(shè)計(jì)了IPC方式Binder一樣，重新設(shè)計(jì)了一種序列化方式，結(jié)合Binder的方式，對(duì)上述三點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化，一定程度上提高了序列化和反序列化的效率。
Serializable、Parcelable、Json等序列化方式我們?cè)撛趺催x擇?
先說說序列化的用處，主要用在三個(gè)方面：
1、內(nèi)存數(shù)據(jù)傳輸
內(nèi)存?zhèn)鬏敺矫妫饕肞arcelable。一是因?yàn)镻arcelable在內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)男时萐erializable高。二是因?yàn)樵贏ndroid中很多傳輸數(shù)據(jù)的方法中，自帶了對(duì)于Serializable、Parcelable類型的傳輸方法。比如:
- Bundle.putParcelable,
- Intent putExtra(String name, Parcelable value)
等等吧，基本上對(duì)象傳輸?shù)姆椒ǘ贾С至耍赃@也是Parcelable的優(yōu)勢(shì)。
2、 數(shù)據(jù)持久化(本地存儲(chǔ))
如果只針對(duì)Serializable和Parcelable兩種序列化方式，需要選擇Serializable。
首先，Serializable本身就是存儲(chǔ)到二進(jìn)制文件，所以用于持久化比較方便。而Parcelable序列化是在內(nèi)存中操作，如果進(jìn)程關(guān)閉或者重啟的時(shí)候，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)就會(huì)消失，那么Parcelable序列化用來持久化就有可能會(huì)失敗，也就是數(shù)據(jù)不會(huì)連續(xù)完整。而且Parcelable還有一個(gè)問題是兼容性，每個(gè)Android版本可能內(nèi)部實(shí)現(xiàn)都不一樣，知識(shí)用于內(nèi)存中也就是傳遞數(shù)據(jù)的話是不影響的，但是如果持久化可能就會(huì)有問題了，低版本的數(shù)據(jù)拿到高版本可能會(huì)出現(xiàn)兼容性問題。
但是實(shí)際情況，對(duì)于Android中的對(duì)象本地化存儲(chǔ)，一般是以數(shù)據(jù)庫(kù)、SP的方式進(jìn)行保存。
3、 網(wǎng)絡(luò)傳輸
而對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)那闆r，一般就是使用JSON了。主要有以下幾點(diǎn)原因：
- 輕量級(jí)，沒有多余的數(shù)據(jù)。
- 與語言無關(guān)，所以能兼容所有平臺(tái)語言。
- 易讀性，易解析。
Parcelable一定比Serializable快嗎?
正常情況下，對(duì)象在內(nèi)存中進(jìn)行傳輸確實(shí)是Parcelable比較快，但是Serializable是有緩存的概念的，有人做了一個(gè)比較有趣的實(shí)驗(yàn)：
當(dāng)序列化一個(gè)超級(jí)大的對(duì)象圖表(表示通過一個(gè)對(duì)象，擁有通過某路徑能訪問到其他很多的對(duì)象)，并且每個(gè)對(duì)象有10個(gè)以上屬性時(shí)，并且Serializable實(shí)現(xiàn)了writeObject()以及readObject()，在平均每臺(tái)安卓設(shè)備上，Serializable序列化速度大于Parcelable 3.6倍，反序列化速度大于1.6倍.
具體原因就是因?yàn)镾erilazable的實(shí)現(xiàn)方式中，是有緩存的概念的，當(dāng)一個(gè)對(duì)象被解析過后，將會(huì)緩存在HandleTable中，當(dāng)下一次解析到同一種類型的對(duì)象后，便可以向二進(jìn)制流中，寫入對(duì)應(yīng)的緩存索引即可。但是對(duì)于Parcel來說，沒有這種概念，每一次的序列化都是獨(dú)立的，每一個(gè)對(duì)象，都當(dāng)作一種新的對(duì)象以及新的類型的方式來處理。
具體過程可以看看這篇：https://juejin.cn/post/6854573218334769166
為什么Java提供了Serializable的序列化方式，而不是直接使用json或者xml?
我覺得是歷史遺留問題。
有的人可能會(huì)想到各種理由，比如可以標(biāo)記哪些類可以被序列化。又或者可以通過UID來標(biāo)示反序列化為同一個(gè)對(duì)象。等等。
但是我覺得最大的問題還是歷史遺留問題，在以前，json還沒有成為大家認(rèn)同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所以Java就設(shè)計(jì)出了Serializable的序列化方式來解決對(duì)象持久化和對(duì)象傳輸?shù)膯栴}。然后Java中各種API就會(huì)依賴于這種序列化方式，這么些年過去了，Java體系的龐大也造成難以改變這個(gè)問題，牽一發(fā)而動(dòng)全身。
為什么我這么說呢?
主要有兩點(diǎn)依據(jù)：
- 曾經(jīng)Oracle Java平臺(tái)組的架構(gòu)師說過，刪除Java的序列化機(jī)制并且提供給用戶可以選擇的序列化方式(比如json)是他們計(jì)劃中的一部分，因?yàn)镴ava序列化也造成了很多Java漏洞。具體可以參見文章：https://www.infoworld.com/article/3275924/oracle-plans-to-dump-risky-java-serialization.html
- 因?yàn)樵赟erializable類的介紹注釋中，明確說到推薦大家選擇JSON 和 GSON庫(kù)，因?yàn)樗?jiǎn)潔、易讀、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體系架構(gòu)
連載文章、腦圖、面試專題：
https://github.com/JiMuzz/Android-Architecture
參考
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
本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「碼上積木」，可以通過以下二維碼關(guān)注。轉(zhuǎn)載本文請(qǐng)聯(lián)系碼上積木公眾號(hào)。
