Java对象序列化与文件I/O全解析

### Java对象序列化与文件I/O全解析 在Java编程中，对象序列化和文件I/O是非常重要的概念。它们允许我们将对象的状态保存到文件中，并且在需要的时候恢复对象的状态。下面我们将详细介绍这些内容。 #### 1. 反序列化：恢复对象 对象序列化的主要目的是在以后的某个时间，在不同的JVM运行中（甚至可能不是对象序列化时运行的同一个JVM）将对象恢复到其原始状态。反序列化与序列化的过程相反。 以下是反序列化的步骤： 1. **创建FileInputStream对象**： ```java FileInputStream fileStream = new FileInputStream("MyGame.ser"); ``` FileInputStream知道如何连接到现有的文件。 2. **创建ObjectInputStream对象**： ```java ObjectInputStream os = new ObjectInputStream(fileStream); ``` ObjectInputStream可以读取对象，但它不能直接连接到文件，需要与连接流（如FileInputStream）链在一起。 3. **读取对象**： ```java Object one = os.readObject(); Object two = os.readObject(); Object three = os.readObject(); ``` 每次调用`readObject()`方法，会按写入的顺序读取流中的下一个对象。如果尝试读取的对象数量超过写入的数量，会抛出异常。 4. **转换对象类型**： ```java GameCharacter elf = (GameCharacter) one; GameCharacter troll = (GameCharacter) two; GameCharacter magician = (GameCharacter) three; ``` `readObject()`方法的返回类型是`Object`，所以需要将反序列化的对象转换为实际类型。 5. **关闭ObjectInputStream**： ```java os.close(); ``` 关闭顶部的流会自动关闭下面的流，所以FileInputStream（以及文件）会自动关闭。 #### 2. 反序列化过程中发生了什么？ 当对象被反序列化时，JVM会尝试在堆上创建一个新对象，使其具有与序列化时相同的状态。不过，瞬态变量（用`transient`关键字标记的变量）会被恢复为`null`（对于对象引用）或默认的基本类型值。 反序列化对象的具体步骤如下： 1. 从流中读取对象。 2. JVM通过存储在序列化对象中的信息确定对象的类类型。 3. JVM尝试查找并加载对象的类。如果JVM无法找到和/或加载该类，会抛出异常，反序列化失败。 4. 在堆上为新对象分配空间，但序列化对象的构造函数不会运行。因为如果构造函数运行，会将对象的状态恢复到其原始的“新”状态，而我们希望对象恢复到序列化时的状态。 5. 如果对象的继承树中有不可序列化的类，该不可序列化类的构造函数以及其上方的任何构造函数（即使它们是可序列化的）都会运行。一旦构造函数链开始，就无法停止，这意味着从第一个不可序列化的类开始，所有超类都会重新初始化其状态。 6. 对象的实例变量被赋予序列化状态中的值。瞬态变量被赋予`null`（对于对象引用）或默认值（对于基本类型）。 #### 3. 常见问题解答 - **问题**：为什么类不作为对象的一部分保存？这样就不会有找不到类的问题了。 - **回答**：虽然可以这样设计序列化，但这会造成巨大的浪费和开销。在将对象写入本地硬盘文件时，可能影响不大，但序列化也用于通过网络连接发送对象。如果每个序列化对象都捆绑一个类，带宽问题会变得更加严重。不过，对于通过网络传输的序列化对象，实际上有一种机制可以为序列化对象“标记”其类的URL。这在Java的远程方法调用（RMI）中使用，这样可以将序列化对象作为方法参数发送，如果接收调用的JVM没有该类，它可以使用URL从网络获取并加载该类，一切都是自动完成的。 - **问题**：静态变量会被序列化吗？ - **回答**：不会。静态变量意味着“每个类一个”，而不是“每个对象一个”。静态变量不会被保存，当对象被反序列化时，它将具有该类当前的任何静态变量值。所以，不要让可序列化对象依赖于动态变化的静态变量，因为对象恢复时可能会不同。 #### 4. 保存和恢复游戏角色示例 以下是一个保存和恢复游戏角色的示例代码： ```java import java.io.*; public class GameSaverTest { public static void main(String[] args) { GameCharacter one = new GameCharacter(50, "Elf", new String[] {"bow", "sword", "dust"}); GameCharacter two = new GameCharacter(200, "Troll", new String[] {"bare hands", "big ax"}); GameCharacter three = new GameCharacter(120, "Magician", new String[] {"spells", "invisibility"}); try { ObjectOutputStream os = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("Game.ser")); os.writeObject(one); os.writeObject(two); os.writeObject(three); os.close(); } catch(IOException ex) { ex.printStackTrace(); } one = null; two = null; three = null; try { ObjectInputStream is = new ObjectInputStream(new FileInputStream("Game.ser")); GameCharacter oneRestore = (GameCharacter) is.readObject(); GameCharacter twoRestore = (GameCharacter) is.readObject(); GameCharacter threeRestore = (GameCharacter) is.readObject(); System.out.println("One’s type: " + oneRestore.getType()); System.out.println("Two’s type: " + twoRestore.getType()); System.out.println("Three’s type: " + threeRestore.getType()); } catch(Exception ex) { ex.printStackTrace(); } } } import java.io.*; public class GameCharacter implements Serializable { int power; String type; String[] weapons; public GameCharacter(int p, String t, String[] w) { power = p; type = t; weapons = w; } public int getPower() { return power; } public String getType() { return type; } public String getWeapons() { String weaponList = ""; for (int i = 0; i < weapons.length; i++) { weaponList += weapons[i] + " "; } return weaponList; } } ``` 这个示例展示了如何将游戏角色对象序列化到文件中，然后再从文件中反序列化恢复对象。 #### 5. 序列化相关要点总结 - 可以通过序列化对象来保存其状态。 - 要序列化对象，需要使用`ObjectOutputStream`（来自`java.io`包）。 - 流分为连接流和链流。 - 连接流可以表示与源或目的地的连接，通常是文件、网络套接字连接或控制台。 - 链流不能直接连接到源或目的地，必须与连接流（或其他流）链在一起。 - 要将对象序列化到文件，需要创建`FileOutputStream`并将其链入`ObjectOutputStream`。 - 要序列化对象，在`ObjectOutputStream`上调用`writeObject(theObject)`方法，不需要在`FileOutputStream`上调用方法。 - 要被序列化，对象必须实现`Serializable`接口。如果类的超类实现了`Serializable`接口，子类即使没有明确声明实现`Serializable`接口，也会自动可序列化。 - 当对象被序列化时，其整个对象图都会被序列化。这意味着序列化对象的实例变量引用的任何对象都会被序列化，依此类推。 - 如果图中的任何对象不可序列化，除非引用该对象的实例变量被跳过，否则运行时会抛出异常。 - 如果希望序列化跳过某个实例变量，可以使用`transient`关键字标记它。该变量将被恢复为`null`（对于对象引用）或默认值（对于基本类型）。 - 在反序列化期间，图中所有对象的类必须对JVM可用。 - 使用`readObject()`方法按原始写入的顺序读取对象。 - `readObject()`方法的返回类型是`Object`，所以反序列化的对象必须转换为其实际类型。 - 静态变量不会被序列化，因为将静态变量值作为特定对象状态的一部分保存没有意义，因为该类型的所有对象共享同一个值。 #### 6. 将字符串写入文本文件 虽然通过序列化保存对象是在Java程序运行之间保存和恢复数据的最简单方法，但有时需要将数据保存到普通的文本文件中。例如，Java程序可能需要将数据写入一个简单的文本文件，供其他（可能是非Java）程序读取。 以下是一个将字符串写入文本文件的示例： ```java import java.io.*; class WriteAFile { public static void main (String[] args) { try { FileWriter writer = new FileWriter("Foo ```