Java技术指南「序列化机制」针对Java对象压缩及序列化技术的探索之路

Arzie100

序列化和反序列化

序列化就是指把对象转换为字节码；

对象传递和保存时，保证对象的完整性和可传递性。把对象转换为有字节码，以便在网络上传输或保存在本地文件中；


反序列化就是指把字节码恢复为对象；

根据字节流中保存的对象状态及描述信息，通过反序列化重建对象；


一般情况下要求实现Serializable接口，该接口中没有定义任何成员，只是起到标记对象是否可以被序列化的作用。

对象在进行序列化和反序列化的时候，必须实现Serializable接口，但并不强制声明唯一的serialVersionUID，是否声明serialVersionUID对于对象序列化的向上向下的兼容性有很大的影响。

为何需要有序列化呢？

一方面是为了存储在磁盘中，另一方面为了网络远程传输的内容。

Java实现序列化的方式

二进制格式 + 指定语言层级

JavaBuiltIn（java原生）、JavaManual（根据成员变量类型，手工写）、FstSerliazation、Kryo

二进制格式 + 跨语言层级

Protobuf(Google)、Thrift(Facebook)、 AvroGeneric、Hessian

JSON 格式化

Jackson、Gson、FastJSON等

类JSON格式化：

CKS （textual JSON-like format）、BSON（JSON-like format with extended datatypes）、JacksonBson、MongoDB

XML文件格式化

XmlXStream等

序列化的分类

序列化工具大致就可以分为以上几类，简单概括就分为二进制binary和文本格式（json、xml）两大类。

在速度的对比上一般有如下规律：

binary > textuallanguage-specific > language-unspecific

而textual中，由json相比xml冗余度更低因此速度上更胜一筹，而json又比bson这类textual serialization技术上更成熟，框架的选择上更丰富和优秀。

下面重点介绍下Kryo、fast-serialiation、fastjson、protocol-buffer
Java原生序列化(青铜级别)

Java本身提供的序列化工具基本上能胜任大多数场景下的序列化任务，关于其序列化机制。

需要类实现了Serializable或Externalizable接口，否则会抛出异常，然后使用ObjectOutputStream与ObjectInputStream将对象写入写出。

Java自带的序列化工具在序列化过程中需要不仅需要将对象的完整的class name记录下来，还需要把该类的定义也都记录下，包括所有其他引用的类，这会是一笔很大的开销，尤其是仅仅序列化单个对象的时候。

正因为java序列化机制会把所有meta-data记录下来，因此当修改了类的所在的包名后，反序列化则会报错。

//对象转成字节码 ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new  ByteArrayOutputStream(); ObjectOutputStream outputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream); outputStream.writeObject(VoUtil.getUser()); byte  []bytes = byteArrayOutputStream.toByteArray(); outputStream.close(); //字节码转换成对象 ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(bytes); ObjectInputStream inputStream = new ObjectInputStream(byteArrayInputStream); Model result = （Model) inputStream.readObject(); inputStream.close();Kryo序列化框架（星耀级别）

kryo根据上述Java原生序列化机制的一些问题，对了很多优化工作，而且提供了很多serializer，甚至封装了Unsafe类型的序列化方式，更多关于Unsafe类型的序列化方式。

kryo，是一个快速序列化/反序列化工具，效率比java高出一个级别，序列化出来的结果，是其自定义的、独有的一种格式，体积更小，一般只用来进行序列化和反序列化，而不用于在多个系统、甚至多种语言间进行数据交换（目前 kryo 也只有 java 实现），目前已经有多家大公司使用，相对比较稳定。

    <dependency>        <groupId>com.esotericsoftware</groupId>        <artifactId>kryo</artifactId>        <version>4.0.0</version>      </dependency> KryoUtils序列化和反序列化操作

Kryo有三组读写对象的方法

如果不知道对象的具体类，且对象可以为null：

kryo.writeClassAndObject(output, object);Object object = kryo.readClassAndObject(input);

如果类已知且对象可以为null：

kryo.writeObjectOrNull(output, someObject);SomeClass someObject = kryo.readObjectOrNull(input, SomeClass.class);

如果类已知且对象不能为null:

kryo.writeObject(output, someObject);SomeClass someObject = kryo.readObject(input, SomeClass.class);序列化和反序列化操作工具类KryoUtils

Kryo 和 KryoRegister


Kryo的运行速度是java Serializable 的20倍左右
Kryo的文件大小是java Serializable的一半左右
Kryo有两种模式:


一种是先注册(regist)，再写对象，即writeObject函数，实际上如果不先注册，在写对象时也会注册，并为class分配一个id。

注意，跨进程，则必须两端都按同样的模式，否则会出错，因为必须要明确类对应的唯一id。

另一种是写类名及对象，即writeClassAndObject函数。

writeClassAndObject函数是先写入一个约定的数字，再写入类ID（第一次要先写-1，再写类ID + 类名），写入引用关系，最后才写真正的数据。
Kryo的操作模式

static Kryo kryo = new Kryo();public static byte[] serialize(Object obj) {    byte[] buffer = new byte[2048];    Output output = new Output(buffer);    kryo.writeClassAndObject(output, obj);    byte[] bs = output.toBytes();    output.close();    return bs;}public static Object deserialize(byte[] src) {    Input input = new Input(src);    Object obj = kryo.readClassAndObject(input);    input.close();    return obj;}Kryo的Register操作模式

static Kryo kryo = null;static{    kryo = new Kryo();    kryo.setReferences(false);    kryo.setRegistrationRequired(false);    kryo.setInstantiatorStrategy(new StdInstantiatorStrategy());}public static byte[] serialize(Object obj) {    kryo.register(obj.getClass());    byte[] buffer = new byte[2048];    Output output = new Output(buffer);    kryo.writeObject(output, obj);    byte[] bs = output.toBytes();    output.close();    return bs;}public static Object deserialize(byte[] src, Class<?> clazz) {    kryo.register(clazz);    Input input = new Input(src);    Object obj = kryo.readObject(input, clazz);    input.close();    return obj;}

推荐：https://blog.csdn.net/fanjunjaden/article/details/72823866

借鉴网上的一个很不错的工具类！

public class KryoUtils  {    /**     * （池化Kryo实例）使用ThreadLocal     */    private static final ThreadLocal<Kryo> kryos = new ThreadLocal<Kryo>() {        @Override        protected Kryo initialValue() {            Kryo kryo = new Kryo();            //支持对象循环引用（否则会栈溢出）            kryo.setReferences(true);            // 不强制要求注册类（注册行为无法保证多个 JVM 内同一个类的注册编号相同；            // 而且业务系统中大量的 Class 也难以一一注册）            kryo.setRegistrationRequired(false);             //Fix the NPE bug when deserializing Collections.            kryo.setInstantiatorStrategy(new StdInstantiatorStrategy());            return kryo;        }    };    /**     * （池化Kryo实例）使用KryoPool     */    private static KryoFactory factory = new KryoFactory() {        public Kryo create () {            Kryo kryo = new Kryo();            return kryo;        }    };    private static KryoPool pool = new KryoPool.Builder(factory).softReferences().build();    /**     * 使用ThreadLocal创建Kryo     * 把java对象序列化成byte[];     * @param obj java对象     * @return     */    public static <T>  byte[] serializeObject(T obj) {        ByteArrayOutputStream os=null;        Output output=null;        if(null != obj){            Kryo kryo = kryos.get();            try {                os = new ByteArrayOutputStream();                output = new Output(os);                kryo.writeObject(output, obj);                close(output);                return os.toByteArray();            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();            }finally {                close(os);            }        }        return null;    }    /**     * 使用ThreadLocal创建Kryo     * 把byte[]反序列化成指定的java对象     * @param bytes     * @param t 指定的java对象     * @param <T>     * @return 指定的java对象     */    public static <T> T unSerializeObject(byte[] bytes,Class<T> t) {        ByteArrayInputStream is=null;        Input input=null;        if(null != bytes && bytes.length>0 && null!=t){            try {                Kryo kryo = kryos.get();                is = new ByteArrayInputStream(bytes);                input = new Input(is);                return kryo.readObject(input,t);            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();            }finally {                close(is);                close(input);            }        }        return null;    }    /**     * 使用ThreadLocal创建Kryo     * 把List序列化成byte[];     * @param list java对象     * @return     */    public static <T>  byte[]  serializeList(List<T> list ) {        ByteArrayOutputStream os=null;        Output output=null;        byte[] bytes = null;        if(null != list && list.size()>0){            Kryo kryo = kryos.get();            try {                os = new ByteArrayOutputStream();                output = new Output(os);                kryo.writeObject(output,list);                close(output);                bytes = os.toByteArray();                return bytes;            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();            }finally {                close(os);            }        }        return null;    }     /**     * 使用ThreadLocal创建Kryo     * 把byte[]反序列化成指定的List<T>     * @param bytes byte数组     * @param <T>     * @return 指定java对象的List     */    public static <T> List<T> unSerializeList(byte[] bytes) {        ByteArrayInputStream is=null;        Input input=null;        if(null !=bytes && bytes.length>0){            try {                Kryo kryo = kryos.get();                is = new ByteArrayInputStream(bytes);                input = new Input(is);                List<T> list = kryo.readObject(input,ArrayList.class);                return list;            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();            }finally {                close(is);                close(input);            }        }        return null;    }    /**     * 使用ThreadLocal创建Kryo     * 把java对象转序列化存储在文件中;     * @param obj java对象     * @return     */    public static <T>  boolean serializeFile(T obj,String path) {        if(null != obj){            Output output=null;            try {                Kryo kryo = kryos.get();                output = new Output(new FileOutputStream(path));                kryo.writeObject(output, obj);                return true;            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();            }finally {                close(output);            }        }        return false;    }     /**     * 使用ThreadLocal创建Kryo     * 把序列化的文件反序列化成指定的java对象     * @param path 文件路径     * @param t 指定的java对象     * @param <T>     * @return 指定的java对象     */    public static <T> T unSerializeFile(String path,Class<T> t) {        if(null != path && null !=t ){            Input input=null;            try {                Kryo kryo = kryos.get();                input = new Input(new FileInputStream(path));                return kryo.readObject(input,t);            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();            }finally {                close(input);            }        }        return null;    }     /**     * 使用KryoPool SoftReferences创建Kryo     * 把java对象序列化成byte[] ;     * @param obj java对象     * @return     */    public static <T>  byte[] serializePoolSoftReferences (T obj) {        if(null!=obj){            Kryo kryo =pool.borrow();            ByteArrayOutputStream os=null;            Output output=null;            try {                os = new ByteArrayOutputStream();                output = new Output(os);                kryo.writeObject(output, obj);                close(output);                byte [] bytes = os.toByteArray();                return bytes;            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();            }finally {                pool.release(kryo);                close(os);            }        }        return null;    }    /**     * 使用KryoPool SoftReferences创建Kryo     * 把byte[]反序列化成指定的java对象     * @param bytes     * @return     */    public static <T> T unSerializePoolSoftReferences(byte[] bytes,Class<T> t) {        if(null !=bytes && bytes.length>0 && null!=t){            Kryo kryo =pool.borrow();            ByteArrayInputStream is=null;            Output output=null;            try {                is = new ByteArrayInputStream(bytes);                Input input= new Input(is);                return kryo.readObject(input, t);            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();            }finally {                pool.release(kryo);                close(is);                close(output);            }        }        return null;    }      /**     * 使用KryoPool SoftReferences创建Kryo     * 把java对象序列化成byte[] ;     * @param obj java对象     * @return     */    public static <T>  byte[] serializePoolCallback (final T obj) {        if(null != obj){            try {                return pool.run(new KryoCallback<byte[]>() {                    public byte[] execute(Kryo kryo) {                        ByteArrayOutputStream os = new ByteArrayOutputStream();                        Output output = new Output(os);                        kryo.writeObject(output,obj);                        output.close();                        try {                            os.close();                        } catch (IOException e) {                            e.printStackTrace();                        }                        return os.toByteArray();                    }                });            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();            }        }        return null;    }     /**     * 使用KryoPool SoftReferences创建Kryo     * 把byte[]反序列化成指定的java对象     * @param bytes     * @return     */    public static <T> T unSerializePoolCallback(final byte[] bytes, final Class<T> t) {        if(null != bytes && bytes.length>0 && null != t){            try {              return pool.run(new KryoCallback<T>() {                    public T execute(Kryo kryo) {                        ByteArrayInputStream is = new ByteArrayInputStream(bytes);                        Input input = new Input(is);                        T result =kryo.readObject(input,t);                        input.close();                        try {                            is.close();                        } catch (IOException e) {                            e.printStackTrace();                        }                        return result;                    }              });            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();            }        }        return null;    }     /**     * 关闭io流对象     *     * @param closeable     */    public static void close(Closeable closeable) {        if (closeable != null) {            try {                closeable.close();            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();            }        }    }

参考官方文档：https://github.com/EsotericSoftware/kryo

FST序列化机制（钻石级别）

FST（Fast-serialization-Tool），与kryo类似是apache组织的一个开源项目，完全兼容JDK序列化协议的系列化框架，序列化速度大概是JDK的4-10倍，体积更小，大小是JDK大小1/3左右，重新实现的 Java 快速对象序列化的开发包。

相对来说是一个很新的序列化工具，速度于kryo有一些差距，在生产环境上的场景上测试，效果几乎于kryo一致，都能瞬间反序列化出内容并渲染。

Java 快速序列化库 FST 已经发布了 2.0 版本，该版本的包名已经更改，无法平滑升级。另外官方建议为了稳定性考虑还是使用最新的 1.58 版本为好

Maven配置

<dependency>        <groupId>de.ruedigermoeller</groupId>        <artifactId>fst</artifactId>        <version>1.58</version> </dependency> 案例代码

static FSTConfiguration configuration = FSTConfiguration           .createDefaultConfiguration();public static byte[] serialize(Object obj){     return configuration.asByteArray((Serializable)obj);}public static Object deserialize(byte[] sec){    return configuration.asObject(sec);}

官方文档：  https://github.com/RuedigerMoeller/fast-serialization/wiki/Serialization

protostuff（王者级别）


Protocol buffers是一个用来序列化结构化数据的技术，支持多种语言诸如C++、Java以及Python语言，可以使用该技术来持久化数据或者序列化成网络传输的数据。相比较一些其他的XML技术而言，该技术的一个明显特点就是更加节省空间（以二进制流存储）、速度更快以及更加灵活。

protostuff，是google在原来的protobuffer是的优化产品。使用起来也比较简单易用，目前效率也是最好的一种序列化工具。
<dependency>        <groupId>io.protostuff</groupId>        <artifactId>protostuff-core</artifactId>        <version>1.4.0</version>      </dependency>      <dependency>        <groupId>io.protostuff</groupId>        <artifactId>protostuff-runtime</artifactId>        <version>1.4.0</version>      </dependency> protostuff工具类

public class ProtostuffUtil {     public static <T> byte[] serializer(T t){        Schema schema = RuntimeSchema.getSchema(t.getClass());        return ProtostuffIOUtil.toByteArray(t,schema,                LinkedBuffer.allocate(LinkedBuffer.DEFAULT_BUFFER_SIZE));     }    public static <T> T deserializer(byte []bytes,Class<T> c) {        T t = null;        try {            t = c.newInstance();            Schema schema = RuntimeSchema.getSchema(t.getClass());             ProtostuffIOUtil.mergeFrom(bytes,t,schema);        } catch (InstantiationException e) {            e.printStackTrace();        } catch (IllegalAccessException e) {            e.printStackTrace();        }        return t;    }}Fastjson（钻石）


一个JSON库涉及的最基本功能就是序列化和反序列化。Fastjson支持java bean的直接序列化。 使用com.alibaba.fastjson.JSON这个类进行序列化和反序列化。
public static String serialize(Object obj){    String json = JSON.toJSONString(obj);    return json;}public static Object deserialize(String json, Class<?> clazz){    Object obj = JSON.parseObject(json, clazz);    return obj;}Maven配置

<dependency>        <groupId>com.alibaba</groupId>        <artifactId>fastjson</artifactId>        <version>1.2.47</version>   </dependency> Gson（钻石）


这里采用JSON格式同时使用采用Google的gson进行转义.
static Gson gson = new Gson();public static String serialize(Object obj){    String json = gson.toJson(obj);    return json;}public static Object deserialize(String json, Class<?> clazz){    Object obj = gson.fromJson(json, clazz);    return obj;}Jackson（铂金）


Jackson库（http://jackson.codehaus.org），是基于java语言的开源json格式解析工具，整个库（使用最新的2.2版本）包含3个jar包：

jackson-core.jar——核心包（必须），提供基于“流模式”解析的API。jackson-databind——数据绑定包（可选），提供基于“对象绑定”和“树模型”相关API。jackson-annotations——注解包（可选），提供注解功能。

性能较高，“流模式”的解析效率超过绝大多数类似的json包。
核心包：JsonParser（json流读取），JsonGenerator（json流输出）。
数据绑定包：ObjectMapper（构建树模式和对象绑定模式），JsonNode（树节点）
public static String serialize(Object obj){    ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();    String json = null;    try {        json = mapper.writeValueAsString(obj);    } catch (Exception e) {        // TODO Auto-generated catch block        e.printStackTrace();    }    return json;}public static Object deserialize(String json, Class<?> clazz){    ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();    Object obj = null;    try {        obj = mapper.readValue(json, clazz);    } catch (Exception e) {        // TODO Auto-generated catch block        e.printStackTrace();    }    return obj;}
下表是几种方案的各项指标的一个对比

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