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java序列化的控制

編輯:關於JAVA

正如大家看到的那樣,默認的序列化機制並不難操縱。然而,假若有特殊要求又該怎麼辦呢?我們可能有特殊的安全問題,不希望對象的某一部分序列化;或者某一個子對象完全不必序列化,因為對象恢復以後,那一部分需要重新創建。
此時,通過實現Externalizable接口,用它代替Serializable接口,便可控制序列化的具體過程。這個Externalizable接口擴展了Serializable,並增添了兩個方法:writeExternal()和readExternal()。在序列化和重新裝配的過程中,會自動調用這兩個方法,以便我們執行一些特殊操作。
下面這個例子展示了Externalizable接口方法的簡單應用。注意Blip1和Blip2幾乎完全一致,除了極微小的差別(自己研究一下代碼,看看是否能發現):
 

//: Blips.java
// Simple use of Externalizable & a pitfall
import java.io.*;
import java.util.*;

class Blip1 implements Externalizable {
  public Blip1() {
    System.out.println("Blip1 Constructor");
  }
  public void writeExternal(ObjectOutput out)
      throws IOException {
    System.out.println("Blip1.writeExternal");
  }
  public void readExternal(ObjectInput in)
     throws IOException, ClassNotFoundException {
    System.out.println("Blip1.readExternal");
  }
}

class Blip2 implements Externalizable {
  Blip2() {
    System.out.println("Blip2 Constructor");
  }
  public void writeExternal(ObjectOutput out)
      throws IOException {
    System.out.println("Blip2.writeExternal");
  }
  public void readExternal(ObjectInput in)
     throws IOException, ClassNotFoundException {
    System.out.println("Blip2.readExternal");
  }
}

public class Blips {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("Constructing objects:");
    Blip1 b1 = new Blip1();
    Blip2 b2 = new Blip2();
    try {
      ObjectOutputStream o =
        new ObjectOutputStream(
          new FileOutputStream("Blips.out"));
      System.out.println("Saving objects:");
      o.writeObject(b1);
      o.writeObject(b2);
      o.close();
      // Now get them back:
      ObjectInputStream in =
        new ObjectInputStream(
          new FileInputStream("Blips.out"));
      System.out.println("Recovering b1:");
      b1 = (Blip1)in.readObject();
      // OOPS! Throws an exception:
//!   System.out.println("Recovering b2:");
//!   b2 = (Blip2)in.readObject();
    } catch(Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
} ///:~


該程序輸出如下:
 

Constructing objects:
Blip1 Constructor
Blip2 Constructor
Saving objects:
Blip1.writeExternal
Blip2.writeExternal
Recovering b1:
Blip1 Constructor
Blip1.readExternal


未恢復Blip2對象的原因是那樣做會導致一個違例。你找出了Blip1和Blip2之間的區別嗎?Blip1的構建器是“公共的”(public),Blip2的構建器則不然,這樣便會在恢復時造成違例。試試將Blip2的構建器屬性變成“public”,然後刪除//!注釋標記,看看是否能得到正確的結果。
恢復b1後,會調用Blip1默認構建器。這與恢復一個Serializable(可序列化)對象不同。在後者的情況下,對象完全以它保存下來的二進制位為基礎恢復,不存在構建器調用。而對一個Externalizable對象,所有普通的默認構建行為都會發生(包括在字段定義時的初始化),而且會調用readExternal()。必須注意這一事實——特別注意所有默認的構建行為都會進行——否則很難在自己的Externalizable對象中產生正確的行為。
下面這個例子揭示了保存和恢復一個Externalizable對象必須做的全部事情:
 

//: Blip3.java
// Reconstructing an externalizable object
import java.io.*;
import java.util.*;

class Blip3 implements Externalizable {
  int i;
  String s; // No initialization
  public Blip3() {
    System.out.println("Blip3 Constructor");
    // s, i not initialized
  }
  public Blip3(String x, int a) {
    System.out.println("Blip3(String x, int a)");
    s = x;
    i = a;
    // s & i initialized only in non-default
    // constructor.
  }
  public String toString() { return s + i; }
  public void writeExternal(ObjectOutput out)
      throws IOException {
    System.out.println("Blip3.writeExternal");
    // You must do this:
    out.writeObject(s); out.writeInt(i);
  }
  public void readExternal(ObjectInput in)
     throws IOException, ClassNotFoundException {
    System.out.println("Blip3.readExternal");
    // You must do this:
    s = (String)in.readObject(); 
    i =in.readInt();
  }
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("Constructing objects:");
    Blip3 b3 = new Blip3("A String ", 47);
    System.out.println(b3.toString());
    try {
      ObjectOutputStream o =
        new ObjectOutputStream(
          new FileOutputStream("Blip3.out"));
      System.out.println("Saving object:");
      o.writeObject(b3);
      o.close();
      // Now get it back:
      ObjectInputStream in =
        new ObjectInputStream(
          new FileInputStream("Blip3.out"));
      System.out.println("Recovering b3:");
      b3 = (Blip3)in.readObject();
      System.out.println(b3.toString());
    } catch(Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
} ///:~

其中,字段s和i只在第二個構建器中初始化,不關默認構建器的事。這意味著假如不在readExternal中初始化s和i,它們就會成為null(因為在對象創建的第一步中已將對象的存儲空間清除為1)。若注釋掉跟隨於“You must do this”後面的兩行代碼,並運行程序,就會發現當對象恢復以後,s是null,而i是零。
若從一個Externalizable對象繼承,通常需要調用writeExternal()和readExternal()的基礎類版本,以便正確地保存和恢復基礎類組件。
所以為了讓一切正常運作起來,千萬不可僅在writeExternal()方法執行期間寫入對象的重要數據(沒有默認的行為可用來為一個Externalizable對象寫入所有成員對象)的,而是必須在readExternal()方法中也恢復那些數據。初次操作時可能會有些不習慣,因為Externalizable對象的默認構建行為使其看起來似乎正在進行某種存儲與恢復操作。但實情並非如此。

1. transient(臨時)關鍵字
控制序列化過程時,可能有一個特定的子對象不願讓Java的序列化機制自動保存與恢復。一般地,若那個子對象包含了不想序列化的敏感信息(如密碼),就會面臨這種情況。即使那種信息在對象中具有“private”(私有)屬性,但一旦經序列化處理,人們就可以通過讀取一個文件,或者攔截網絡傳輸得到它。
為防止對象的敏感部分被序列化,一個辦法是將自己的類實現為Externalizable,就象前面展示的那樣。這樣一來,沒有任何東西可以自動序列化,只能在writeExternal()明確序列化那些需要的部分。
然而,若操作的是一個Serializable對象,所有序列化操作都會自動進行。為解決這個問題,可以用transient(臨時)逐個字段地關閉序列化,它的意思是“不要麻煩你(指自動機制)保存或恢復它了——我會自己處理的”。
例如,假設一個Login對象包含了與一個特定的登錄會話有關的信息。校驗登錄的合法性時,一般都想將數據保存下來,但不包括密碼。為做到這一點,最簡單的辦法是實現Serializable,並將password字段設為transient。下面是具體的代碼:
 

//: Logon.java
// Demonstrates the "transient" keyword
import java.io.*;
import java.util.*;

class Logon implements Serializable {
  private Date date = new Date();
  private String username;
  private transient String password;
  Logon(String name, String pwd) {
    username = name;
    password = pwd;
  }
  public String toString() {
    String pwd =
      (password == null) ? "(n/a)" : password;
    return "logon info: \n   " +
      "username: " + username +
      "\n   date: " + date.toString() +
      "\n   password: " + pwd;
  }
  public static void main(String[] args) {
    Logon a = new Logon("Hulk", "myLittlePony");
    System.out.println( "logon a = " + a);
    try {
      ObjectOutputStream o =
        new ObjectOutputStream(
          new FileOutputStream("Logon.out"));
      o.writeObject(a);
      o.close();
      // Delay:
      int seconds = 5;
      long t = System.currentTimeMillis()
             + seconds * 1000;
      while(System.currentTimeMillis() < t)
        ;
      // Now get them back:
      ObjectInputStream in =
        new ObjectInputStream(
          new FileInputStream("Logon.out"));
      System.out.println(
        "Recovering object at " + new Date());
      a = (Logon)in.readObject();
      System.out.println( "logon a = " + a);
    } catch(Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
} ///:~

可以看到,其中的date和username字段保持原始狀態(未設成transient),所以會自動序列化。然而,password被設為transient,所以不會自動保存到磁盤;另外,自動序列化機制也不會作恢復它的嘗試。輸出如下:
 

logon a = logon info:
   username: Hulk
   date: Sun Mar 23 18:25:53 PST 1997
   password: myLittlePony
Recovering object at Sun Mar 23 18:25:59 PST 1997
logon a = logon info:
   username: Hulk
   date: Sun Mar 23 18:25:53 PST 1997
   password: (n/a)

一旦對象恢復成原來的樣子,password字段就會變成null。注意必須用toString()檢查password是否為null,因為若用過載的“+”運算符來裝配一個String對象,而且那個運算符遇到一個null句柄,就會造成一個名為NullPointerException的違例(新版Java可能會提供避免這個問題的代碼)。
我們也發現date字段被保存到磁盤,並從磁盤恢復,沒有重新生成。
由於Externalizable對象默認時不保存它的任何字段,所以transient關鍵字只能伴隨Serializable使用。

2. Externalizable的替代方法
若不是特別在意要實現Externalizable接口,還有另一種方法可供選用。我們可以實現Serializable接口,並添加(注意是“添加”,而非“覆蓋”或者“實現”)名為writeObject()和readObject()的方法。一旦對象被序列化或者重新裝配,就會分別調用那兩個方法。也就是說,只要提供了這兩個方法,就會優先使用它們,而不考慮默認的序列化機制。
這些方法必須含有下列准確的簽名:
 

private void 
  writeObject(ObjectOutputStream stream)
    throws IOException;

private void 
  readObject(ObjectInputStream stream)
    throws IOException, ClassNotFoundException

從設計的角度出發,情況變得有些撲朔迷離。首先,大家可能認為這些方法不屬於基礎類或者Serializable接口的一部分,它們應該在自己的接口中得到定義。但請注意它們被定義成“private”,這意味著它們只能由這個類的其他成員調用。然而,我們實際並不從這個類的其他成員中調用它們,而是由ObjectOutputStream和ObjectInputStream的writeObject()及readObject()方法來調用我們對象的writeObject()和readObject()方法(注意我在這裡用了很大的抑制力來避免使用相同的方法名——因為怕混淆)。大家可能奇怪ObjectOutputStream和ObjectInputStream如何有權訪問我們的類的private方法——只能認為這是序列化機制玩的一個把戲。
在任何情況下,接口中的定義的任何東西都會自動具有public屬性,所以假若writeObject()和readObject()必須為private,那麼它們不能成為接口(interface)的一部分。但由於我們准確地加上了簽名,所以最終的效果實際與實現一個接口是相同的。
看起來似乎我們調用ObjectOutputStream.writeObject()的時候,我們傳遞給它的Serializable對象似乎會被檢查是否實現了自己的writeObject()。若答案是肯定的是,便會跳過常規的序列化過程,並調用writeObject()。readObject()也會遇到同樣的情況。
還存在另一個問題。在我們的writeObject()內部,可以調用defaultWriteObject(),從而決定采取默認的writeObject()行動。類似地,在readObject()內部,可以調用defaultReadObject()。下面這個簡單的例子演示了如何對一個Serializable對象的存儲與恢復進行控制:
 

//: SerialCtl.java
// Controlling serialization by adding your own
// writeObject() and readObject() methods.
import java.io.*;

public class SerialCtl implements Serializable {
  String a;
  transient String b;
  public SerialCtl(String aa, String bb) {
    a = "Not Transient: " + aa;
    b = "Transient: " + bb;
  }
  public String toString() {
    return a + "\n" + b;
  }
  private void 
    writeObject(ObjectOutputStream stream)
      throws IOException {
    stream.defaultWriteObject();
    stream.writeObject(b);
  }
  private void 
    readObject(ObjectInputStream stream)
      throws IOException, ClassNotFoundException {
    stream.defaultReadObject();
    b = (String)stream.readObject();
  }
  public static void main(String[] args) {
    SerialCtl sc = 
      new SerialCtl("Test1", "Test2");
    System.out.println("Before:\n" + sc);
    ByteArrayOutputStream buf = 
      new ByteArrayOutputStream();
    try {
      ObjectOutputStream o =
        new ObjectOutputStream(buf);
      o.writeObject(sc);
      // Now get it back:
      ObjectInputStream in =
        new ObjectInputStream(
          new ByteArrayInputStream(
            buf.toByteArray()));
      SerialCtl sc2 = (SerialCtl)in.readObject();
      System.out.println("After:\n" + sc2);
    } catch(Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
} ///:~

在這個例子中,一個String保持原始狀態,其他設為transient(臨時),以便證明非臨時字段會被defaultWriteObject()方法自動保存,而transient字段必須在程序中明確保存和恢復。字段是在構建器內部初始化的,而不是在定義的時候,這證明了它們不會在重新裝配的時候被某些自動化機制初始化。
若准備通過默認機制寫入對象的非transient部分,那麼必須調用defaultWriteObject(),令其作為writeObject()中的第一個操作;並調用defaultReadObject(),令其作為readObject()的第一個操作。這些都是不常見的調用方法。舉個例子來說,當我們為一個ObjectOutputStream調用defaultWriteObject()的時候,而且沒有為其傳遞參數,就需要采取這種操作,使其知道對象的句柄以及如何寫入所有非transient的部分。這種做法非常不便。
transient對象的存儲與恢復采用了我們更熟悉的代碼。現在考慮一下會發生一些什麼事情。在main()中會創建一個SerialCtl對象,隨後會序列化到一個ObjectOutputStream裡(注意這種情況下使用的是一個緩沖區,而非文件——與ObjectOutputStream完全一致)。正式的序列化操作是在下面這行代碼裡發生的:
o.writeObject(sc);
其中,writeObject()方法必須核查sc,判斷它是否有自己的writeObject()方法(不是檢查它的接口——它根本就沒有,也不是檢查類的類型,而是利用反射方法實際搜索方法)。若答案是肯定的,就使用那個方法。類似的情況也會在readObject()上發生。或許這是解決問題唯一實際的方法,但確實顯得有些古怪。

3. 版本問題
有時候可能想改變一個可序列化的類的版本(比如原始類的對象可能保存在數據庫中)。盡管這種做法得到了支持,但一般只應在非常特殊的情況下才用它。此外,它要求操作者對背後的原理有一個比較深的認識,而我們在這裡還不想達到這種深度。JDK 1.1的HTML文檔對這一主題進行了非常全面的論述(可從Sun公司下載,但可能也成了Java開發包聯機文檔的一部分)。

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