Java 序列化详解

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什么是序列化和反序列化?

序列化

序列化是将数据结构或对象转换成一种可以存储或传输的格式。这个格式通常是二进制字节流，但也可以是 JSON、XML 等文本格式。序列化的目的通常是将对象持久化（存储到文件、数据库等），或者在网络上传输。

反序列化

反序列化是序列化的逆过程，即将序列化后的数据重新转换为原始的数据结构或对象。这是为了从存储介质（如文件、数据库等）中恢复数据，或者在网络接收端将数据还原为原始对象。

应用场景

网络传输：对象在进行远程调用（如RPC）之前需要序列化，接收到序列化数据后需要进行反序列化。
存储文件：将对象持久化到文件中时，先序列化，读取时再反序列化。
数据库：将对象存储到数据库中时，通常需要序列化，取出时则需要反序列化。
内存存储：将对象缓存到内存时（如 Redis），也需要序列化，取出时需要反序列化。

序列化协议与 TCP/IP 四层模型

在 TCP/IP 协议中，序列化协议属于 应用层。在 OSI 七层模型中，序列化与反序列化的过程类似于表示层的工作，即将应用层的用户数据转换为二进制流并通过网络传输。

常见序列化协议

1. JDK 自带的序列化

JDK 提供了默认的序列化方式，只需实现 java.io.Serializable 接口即可。示例代码如下：

public class RpcRequest implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1905122041950251207L;
    private String requestId;
    private String interfaceName;
    private String methodName;
    private Object[] parameters;
    private Class<?>[] paramTypes;
    private RpcMessageTypeEnum rpcMessageTypeEnum;
}

`serialVersionUID` 作用

serialVersionUID 是用于版本控制的标识符。当反序列化时，JVM 会检查序列化对象的 serialVersionUID 是否与当前类的 serialVersionUID 一致。如果不一致，会抛出 InvalidClassException。

`transient` 关键字

如果某些字段不需要序列化，可以使用 transient 关键字标记，这样在序列化时这些字段会被忽略，反序列化后它们会被初始化为默认值。

2. Kryo

Kryo 是一种高性能的序列化框架，广泛用于 Java 中。它相比 JDK 自带的序列化方式，具有更小的序列化字节数组和更快的性能。

public class KryoSerializer implements Serializer {

    private final ThreadLocal<Kryo> kryoThreadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> {
        Kryo kryo = new Kryo();
        kryo.register(RpcResponse.class);
        kryo.register(RpcRequest.class);
        return kryo;
    });

    @Override
    public byte[] serialize(Object obj) {
        try (ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
             Output output = new Output(byteArrayOutputStream)) {
            Kryo kryo = kryoThreadLocal.get();
            kryo.writeObject(output, obj);
            kryoThreadLocal.remove();
            return output.toBytes();
        } catch (Exception e) {
            throw new SerializeException("Serialization failed");
        }
    }

    @Override
    public <T> T deserialize(byte[] bytes, Class<T> clazz) {
        try (ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(bytes);
             Input input = new Input(byteArrayInputStream)) {
            Kryo kryo = kryoThreadLocal.get();
            Object o = kryo.readObject(input, clazz);
            kryoThreadLocal.remove();
            return clazz.cast(o);
        } catch (Exception e) {
            throw new SerializeException("Deserialization failed");
        }
    }
}

3. Protobuf

Protobuf 是 Google 提供的一种高效的跨平台序列化工具，支持多种语言。Protobuf 需要先定义 .proto 文件，然后通过 IDL 编译器生成对应的代码。

syntax = "proto3";
message Person {
  string name = 1;
  int32 age = 2;
}

JDK 自带序列化：简单易用，但性能较差，且不支持跨语言。
Kryo：高性能的 Java 序列化框架，适合 Java 内部使用。
Protobuf/ProtoStuff：适合跨语言使用，支持多种语言，性能优越。
Hessian：适合跨语言的轻量级 RPC 序列化协议。

根据需求选择合适的序列化协议，可以显著提升应用的性能与扩展性。