探讨JAVA对象次第读写（Serialization）

一．    对象次第读写
1.    实现对象的serialize操作
1.1.    Serializable接口
只要让一个类实现出Serializable接口，就可对它的对象进行serialize操作了。Serializable接口仅仅是一个标志性接口，不具有任何的函数。也就是说，只要一个类实现了Serializable（在类名后加“implements Serializable”），那么那个类就可以进行Serialize操作了。
1.2.    对象所包含的对象的Serialization
1)    Java库中的对象，如String，都实现了Serializable接口，所以它们都可进行serialization操作。
2)    对一个对象进行Serialize操作时，不仅会把对象在内存中的数据保存下来，还会把对象中所包含的可serialize成员对象也保存下来。如果对象中包含了没有实现Serializable接口的成员对象，那将在尝试对对象进行Serialize操作时，将发生错误。
3)    对一个Serializable对象进行次第读取时，并不会调用任何构造函数（包括default构造函数）。这是因为对象中的所有数据都是通过InputStream读取的数据来恢复的，所有不用通过构造函数来进行初始化。
import java.io.*;
class Data implements Serializable{//（1）
    private int i;
    Data(int x) { i = x; }
    public String toString(){
        return Integer.toString(i);
    }
}
class Worm implements Serializable{
    private static int r(){
        return (int)(Math.random() * 10);
}
//（2）
    private Data[] d = {
        new Data(r()), new Data(r()), new Data(r())
    };
    private Worm next;
    private char c;
    Worm(int i, char x){
        System.out.println(" Worm constructor: " + i);
        c = x;
        if(--i > 0)
            next = new Worm(i, (char)(x + 1));　//（3）
    }
    Worm(){
        System.out.println(" Default constructor " );
    }
    public String toString(){
        String s = ":" + c + "(";
        for(int i=0; i            s += d[i].toString();
        s += ")";
        if(next!=null)
            s += next.toString();
        return s;
    }
}
public class TestSerialization {
    public static void main(String[] args)
        throws ClassNotFoundException, IOException{
        Worm w = new Worm(6, 'a');
        System.out.println("w = " + w);
        ObjectOutputStream out = 
            new ObjectOutputStream(
                new FileOutputStream("F:\\nepalon\\Worm.out"));
        out.writeObject("Worm storage");
        out.writeObject(w);　//（5）
        out.close();
        ObjectInputStream in =
            new ObjectInputStream(
                new FileInputStream("F:\\nepalon\\Worm.out"));
        String s = (String)in.readObject();　//（4）
        Worm w2 = (Worm)in.readObject();　//（6）
        System.out.println(s + " , w2 = " + w2);
        ByteArrayOutputStream bout = 
new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream out2 = new ObjectOutputStream(bout);
        out2.writeObject("Worm storage");
        out2.writeObject(w);
        out2.flush();
        ObjectInputStream in2 =
            new ObjectInputStream(
                new ByteArrayInputStream(
                    bout.toByteArray()));
        s = (String)in2.readObject();
        Worm w3 = (Worm)in2.readObject();
        System.out.println(s + " , w3 = " + w3);                
    }
}
运行结果为：
Worm constructor: 6
Worm constructor: 5
Worm constructor: 4
Worm constructor: 3
Worm constructor: 2
Worm constructor: 1
w = :a(993):b(769):c(379):d(532):e(151):f(481)
Worm storage , w2 = :a(993):b(769):c(379):d(532):e(151):f(481)
Worm storage , w3 = :a(993):b(769):c(379):d(532):e(151):f(481)
代码（2）合成了一个Date数组；代码（3）用类似递归的方法生成了一    个Worm对象链。由结果可见Worm对象的成员Data数组及由Worm对象所产生的Worm对象链都能被很好的保存了下来。代码（4）则证明了Java库的类型都实现了Serializable接口的。
如果去掉（1）处代码，不让class　Data实现Serializable接口，那么当调用writeObject()（如代码（5））来保存对象时，将产生NotSerializableException异常，因为在保存Worm对象时会去保存它的所有成员对象，但Data是不能Serialize的，所以会产生异常。
4)    进行次第读取时，在执行读取操作的class中一定要能找到相应的class文件。
在上面的代码中，如果class　TestSerialization和class　Worm分别处于两个不同的文件中，那么在代码（6）中执行了次第读取操作来还原一个对象时，就要确保在TestSerialization所在的文件中能找到Worm所在的文件，否则会产生ClassNotFoundException异常。
1.3.    关键字transient
当一个成员被声明为transient时，在对象被保存的时候，该成员将不被保存。
    class Blip3 implements Serializable{
    int i;
    String s1;
    transient String s2;
    public Blip3(String x, int a){
        System.out.println("Blip3(String x, int a)");
        //在non-default构造函数中初始化i、s1和s2
        i = a;
        s1 = x;
        s2 = x;
    }
    public String toString(){
        String s22 = (s2==null)?"s2 is null":s2;
        return "s1 = " + s1 + " , s2 = " + s22 + ", i = " + i;
    }
}
public class TestSerialization{
    public static void main(String[] args)
        throws ClassNotFoundException, IOException{  
        System.out.println("Constructor Object: ");
        Blip3 b3 = new Blip3("A String", 47);
        System.out.println(b3);
        ObjectOutputStream out = 
            new ObjectOutputStream(
                new FileOutputStream("F:\\nepalon\\test\\Blip3.out"));
        out.writeObject(b3);
        out.close();
        ObjectInputStream in =
            new ObjectInputStream(
                new FileInputStream("F:\\nepalon\\test\\Blip3.out"));
        System.out.println("Recovering Object: ");
        b3 = (Blip3)in.readObject();
        System.out.println(b3);
    }
}
运行结果为：
Constructor Object: 
Blip3(String x, int a)
s1 = A String , s2 = A String, i = 47
Recovering Object: 
s1 = A String , s2 = s2 is null, i = 47
        由于s2被声明为transient，所以它将不被保存。
2.    通过Externalizable接口来实现次第读写
通过实现了Externalizable接口来产生Serialize功能，我们将取得更大的控制权。
2.1.    通过实现了Externalizable接口来产生Serialize功能
1)    在保存对象时不会保存任何成员对象。但我们可以手工保存成员对象（下面将讲到）。
2)    Default构造函数必须为public。因为在次第读取对象时，会调用default构造函数。因为对象中的成员对象不一定会被保存，所以要通过构造函数来进行初始化。
3)    Extrenalizable接口有writeExternal(ObjectOutput)和readExternal(ObjectInput)两个函数。在对实现了Externalizable接口的类进行次第读写时，会调用这两个函数。但是在恢复对象时，是先调用default构造函数再调用readExternal()函数的。
import java.io.*;
class Blip1 implements Externalizable{
    public Blip1(){　//（1）
        System.out.println("Blip1 Constructor");
    }
    public void writeExternal(ObjectOutput out)
        throws IOException{
        System.out.println("Blip1.writeExternal");
    }
    public void readExternal(ObjectInput in)
        throws IOException{
        System.out.println("Blip1.readexternal");
    }
}
class Blip2 implements Externalizable{
    Blip2(){　//（2）
        System.out.println("Blip2 Constructor");
    }
    public void writeExternal(ObjectOutput out)
        throws IOException{
        System.out.println("Blip2.writeExternal");
    }
    public void readExternal(ObjectInput in)
        throws IOException{
        System.out.println("Blip2.readexternal");
    }
}
public class TestSerialization{
    public static void main(String[] args)
        throws ClassNotFoundException, IOException{  
        System.out.println("Constructor Object: ");
        Blip1 b1 = new Blip1();
        Blip2 b2 = new Blip2();
        ObjectOutputStream out = 
            new ObjectOutputStream(
                new FileOutputStream("F:\\nepalon\\Blips.out"));
        System.out.println("Saveing Object: ");
        out.writeObject(b1);
        out.writeObject(b2);
        out.close();
        ObjectInputStream in =
            new ObjectInputStream(
                new FileInputStream("F:\\nepalon\\Blips.out"));
        System.out.println("Recovering Object: ");
        b1 = (Blip1)in.readObject();
        //b2 = (Blip2)in.readObject();　（3）
    }
}
运行结果为：
Constructor Object: 
Blip1 Constructor
Blip2 Constructor
Saveing Object: 
Blip1.writeExternal
Blip2.writeExternal
Recovering Object:
Blip1 Constructor
Blip1.readexternal
在上面的代码中，class　Blip1的default构造函数为public（代码（1）），所以可以完成次第读写的操作。但是class　Blip2的default构造函数不为public（代码（2）），所以在进行次第读取（代码（3））操作时，会产生InvalidClassException的异常。
从运行结果可看出，在恢复对象时会调用对象的defqult构造函数。
2.2.    Externalizable接口和Serializable接口的区别
1)    通过实现Serializable接口的方法，在保存对象时会把对象中所包含的成员对象也保存下来；而通过实现Externalizable接口的方法，在保存对象时不会保存任何成员对象。
2)    通过实现Serializable接口的方法，在恢复对象时不会调用任何构造函数（包括default构造函数）；而通过实现Externalizable接口的方法，在恢复对象时会调用default构造函数。然后再调用readExternal()函数。
2.3.    利用writeExternal()和readExternal()函数来控制成员对象
由于通过实现Externalizable接口的方法，在保存对象时不会保存任何成员对象，但如果要在保存对象的时候要保存对象的成员对象时，我们可以通过这两个函数来实现。
        class Blip3 implements Externalizable{
    int i;
    String s1;
    String s2;
    public Blip3(){
        System.out.println("Blip3 Constructor");
        //在default构造函数中只对s2进行初始化
        s2 = "default String";　//（1）
    }
    public Blip3(String x, int a){
        System.out.println("Blip1(String x, int a)");
        //在non-default构造函数中初始化i、s1和s2
        i = a;
        s1 = x;
        s2 = x;
    }
    public String toString(){
        return "s1 = " + s1 + " , s2 = " + s2 + ", i = " + i;
    }
    public void writeExternal(ObjectOutput out)
        throws IOException{
        System.out.println("Blip3.writeExternal"); 
        out.writeObject(s1);
        out.writeInt(i);
    }
    public void readExternal(ObjectInput in)
        throws IOException, ClassNotFoundException{
        System.out.println("Blip2.readExternal");
        s1 = (String)in.readObject();
        i = in.readInt();
    }
}
public class TestSerialization{
    public static void main(String[] args)
        throws ClassNotFoundException, IOException{  
        System.out.println("Constructor Object: ");
        Blip3 b3 = new Blip3("A String", 47);
        System.out.println(b3);
        ObjectOutputStream out = 
            new ObjectOutputStream(
                new FileOutputStream("F:\\nepalon\\test\\Blip3.out"));
        System.out.println("Saveing Object: ");
        out.writeObject(b3);
        out.close();
        ObjectInputStream in =
            new ObjectInputStream(
                new FileInputStream("F:\\nepalon\\test\\Blip3.out"));
        System.out.println("Recovering Object: ");
        b3 = (Blip3)in.readObject();
        System.out.println(b3);
    }
}
运行结果为：
Constructor Object: 
Blip3(String x, int a)
s1 = A String , s2 = A String, i = 47
Saveing Object: 
Blip3.writeExternal
Recovering Object: 
Blip3 Constructor
Blip2.readExternal
s1 = A String , s2 = default String, i = 47　//（2）
在上面代码中，在writeExternal()函数中保存了i和s1，在readExternal()函数中恢复了i和s2；而在default构造函数中我们只初始化了s2（代码（1））。从结果（2）处可证明，s2在对象被恢复时在default构造函数中被初始化；而s1和i由于在保存对象时也被保存了，所以能恢复到原来的值。
3.    扩增Serializable接口以实现Externalizable接口的功能
虽然Serializable接口只是个标志封闭器，不具有任何函数，但我们可在实现了该接口的类中扩增writeObject()和readObject()函数，这是Java中最怪异的地方。
3.1.    实现扩增的语法
这两函数的定义为：
        private void writeObject(ObjectOutputStream stream)
        throws IOException{;
        private void readObject(ObjectInputStream stream)
        throws IOException, ClassNotFoundException;
3.2.    Java的怪异之处
1)    在下面的代码中我们可以看到，Blip3只实现了Serializable接口，而该接口只是个标志接口，所以这两个函数并不是接口的一部分。
2)    这两个函数被声明为private，按理只能在它们所在的类中被调用，但事实却是它们能被ObjectOutputStream和ObjectInputStream对象的writeObject()和readObject()函数调用。
3.3.    readObject()和writeObject()函数的使用及其工作过程
3.3.1    工作过程
当调用ObjectOutputStream.writeObject(Object)时，传入的Serializable对象会被检查是否实现自己的writeObject(ObjectOutputStream)。如果有，就会执行扩增的writeObject(ObjectOutputStream)函数。当调用ObjectInputStream.readObject()时的工作过程也一样。
3.3.2    在扩增的writeObject(ObjectOutputStream)中我们可以通过调用defaultWriteobject()函数来执行缺省的writeObject()；在扩增的readObject(ObjectInputStream)函数中，我们可以通过调用defaultReadObject()函数来执行缺省的readObject()。在相应的缺省函数中都只对non-transient成员对象进行操作。
import java.io.*;
class Blip3 implements Serializable{
    String s1;
    transient String s2;
    public Blip3(String a, String b){
        s1 = "Not Transient: " + a;
        s2 = "Transient: " + b;
    }
    public String toString(){
        return "s1 = " + s1 + "\ns2 = " + s2 ;
}
//函数（1）
    private void writeObject(ObjectOutputStream stream)
        throws IOException{
        stream.defaultWriteObject();
        stream.writeObject(s2);
}
//函数（2）
    private void readObject(ObjectInputStream stream)
        throws IOException, ClassNotFoundException{
        stream.defaultReadObject();
        s2 = (String)stream.readObject();
    }
}
public class TestSerialization{
    public static void main(String[] args)
        throws ClassNotFoundException, IOException{  
        Blip3 b3 = new Blip3("Test1", "Test2");
        System.out.println("Before:\n" + b3);
        ByteArrayOutputStream bout = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream out = 
            new ObjectOutputStream(bout);
        out.writeObject(b3); 
        out.close();
        ObjectInputStream in =
            new ObjectInputStream(
                new ByteArrayInputStream(bout.toByteArray()));
        System.out.println("Recovering Object: ");
        b3 = (Blip3)in.readObject();
        System.out.println("After:\n" + b3);
    }
}
运行结果为：
Before:
s1 = Not Transient: Test1
s2 = Transient: Test2
Recovering Object: 
After:
s1 = Not Transient: Test1
s2 = Transient: Test2
在代码的函数（1）中，先保存non-transient成员对象，再保存transient成员对象。在函数（2）中，先恢复non-transient成员对象，再恢复transient成员对象。保存的顺序和恢复的顺序必须相同，否则数据会出错。
4.    关于Serialize的扩充话题
4.1    当多个对象被保存到同一个Stream时，如果这些对象的成员对象中有指向相同的第三对象的reference，那么在恢复时也将指向同一个对象。但不相同的两个Stream中的对象的则不同。
import java.io.*;
import java.util.ArrayList;
class House implements Serializable {}
class Animal implements Serializable{
    String name;
    House house;
    Animal(String nm, House h){
        name = nm;
        house = h;
    }
    public String toString(){
        return name + "[" + super.toString() + 
            "], " + house + "\n";
    }
}
public class TestSerialization{
    public static void main(String[] args)
        throws ClassNotFoundException, IOException{  
        House house = new House();
        ArrayList animals = new ArrayList();
        animals.add(new Animal("dog", house));
        animals.add(new Animal("hamster", house));
        animals.add(new Animal("cat", house));
        System.out.println("animals: " + animals);
        //在同一个Stream（Stream1）中保存两次
        ByteArrayOutputStream buf1 = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream o1 = new ObjectOutputStream(buf1);
        o1.writeObject(animals);
        o1.writeObject(animals);
        //在另一个Stream（Stream2）中保存
        ByteArrayOutputStream buf2 = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream o2 = new ObjectOutputStream(buf2);
        o2.writeObject(animals);        
        //恢复Stream1中的两个对象
        ObjectInputStream in1 = 
            new ObjectInputStream(
                new ByteArrayInputStream(
                    buf1.toByteArray()));
        ArrayList animal1 = (ArrayList)in1.readObject();
        ArrayList animal2 = (ArrayList)in1.readObject();
        //恢复Stream2中的对象
        ObjectInputStream in2 = 
            new ObjectInputStream(
                new ByteArrayInputStream(
                    buf2.toByteArray()));
        ArrayList animal3 = (ArrayList)in2.readObject();
        System.out.println("animal1: " + animal1);
        System.out.println("animal2: " + animal2);
        System.out.println("animal3: " + animal3);
    }
}
运行结果为：
animals: [dog[Animal@1], House@2
, hamster[Animal@3], House@2
, cat[Animal@4], House@2
]
animal1: [dog[Animal@14], House@15
, hamster[Animal@16], House@15
, cat[Animal@17], House@15
]
animal2: [dog[Animal@14], House@15
, hamster[Animal@16], House@15
, cat[Animal@17], House@15
]
animal3: [dog[Animal@18], House@19
, hamster[Animal@1a], House@19
, cat[Animal@1b], House@19
]
当在同一个Stream中两次保存animals对象时，它们被恢复后是完全一样的，所以结果中animals1和animals2的对象的地址是一样的。但当把animals保存到另一个Stream中时，当它被恢复后可看到与前两个是不一样的。由结果可知animals1与animals2的信息一样，但这两个对象的信息与animals3的不一样。