WCF 系列（四）深入解析 .NET 序列化機制（上）：BinaryFormatter、SoapFormatter 與 XmlSerializer

前言：為什麼需要序列化？

在分散式應用開發中，序列化是核心基礎設施之一。簡單來說，序列化是將物件的狀態轉換為可儲存或可傳輸的位元組序列，反序列化則是將位元組序列還原為物件。這主要服務於兩大場景：

• 物件持久化：將物件寫入磁碟、資料庫或快取，以便後續重用。
• 跨程序域/跨機器通訊：在 Remoting、WCF、Web Services 等分散式技術中，物件需透過網路傳輸，必須先序列化為位元組流。

.NET Framework 針對不同通訊協定與場景，提供了三大類序列化器。本文將逐一剖析 BinaryFormatter、SoapFormatter 以及 XmlSerializer 的運作原理、適用場景與程式碼實作。

一、Remoting 專用：BinaryFormatter 與 SoapFormatter

這兩個序列化器皆實作 IRemotingFormatter 介面，專為 .NET Remoting 設計。Remoting 支援 TCP 與 HTTP 通道，BinaryFormatter 用於 TCP（高效能、二進位），SoapFormatter 用於 HTTP（XML 格式、穿透防火牆）。兩者具有強烈的 .NET 平台特徵，序列化資料中包含完整型別資訊（完整型別名稱、版本、文化特性、公開金鑰 Token），並具備型別保真特性：所有欄位（含私有欄位）皆會序列化，除非標記 [NonSerialized]；屬性不序列化（因屬性僅為存取器）。

1. SoapFormatter 實作範例

命名空間：System.Runtime.Serialization.Formatters.Soap
組件：system.runtime.serialization.formatters.soap.dll

步驟 1：定義可序列化類別

[Serializable]
public class Book
{
    private string name;
    private string address1;
    private string address2;
    [NonSerialized]
    private string address_invisible = "shenzhen";
    public string author;
    public string Name { get { return name; } set { name = value; } }
    public Book() { address1 = address2 = "shenzhen"; }
}

重點：類別必須標記 [Serializable]，私有欄位預設會被序列化，[NonSerialized] 可排除特定欄位。

步驟 2：準備物件與串流

MemoryStream stream = new MemoryStream();
Book book = new Book { Name = "我的第一本書", author = "chnking" };

步驟 3：序列化

SoapFormatter formatter = new SoapFormatter();
formatter.Serialize(stream, book);
// 注意：Serialize 後 stream.Position 在尾端，讀取前需歸零
stream.Position = 0;
byte[] data = stream.GetBuffer();
string xml = Encoding.UTF8.GetString(data); // SoapFormatter 預設 UTF-8

步驟 4：觀察序列化結果

產生的 XML 包含完整型別資訊（組件名、版本、公開金鑰 Token）、所有欄位值，且同一物件參考（address1、address2 指向同一字串）會以 ID 參考方式保留，避免重複序列化。標記 [NonSerialized] 的欄位不會出現。

步驟 5：反序列化

stream.Position = 0;
SoapFormatter formatter = new SoapFormatter();
Book restored = (Book)formatter.Deserialize(stream);
// address_invisible 因未序列化，反序列化後為 null

2. BinaryFormatter 實作範例

命名空間：System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary
組件：mscorlib.dll

用法與 SoapFormatter 幾乎相同，差異在於輸出為緊湊二進位格式，效能最高、體積最小，但不可讀、跨平台性差。序列化結果中同樣包含型別資訊與物件參考關係。

BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
formatter.Serialize(stream, book);
// 二進位資料夾雜字元，仍以 UTF-8 解碼檢視可見型別資訊

二、Web Services 標準：XmlSerializer

XmlSerializer 是 ASP.NET Web Services 預設序列化器，遵循 XML Schema 標準，輸出不含 .NET 型別資訊，僅序列化公有欄位與可讀寫屬性，不支援私有欄位、唯讀屬性、方法、索引子。這意味著它不具備型別保真，反序列化後的物件可能與原物件不同（私有狀態遺失），但適合異構系統整合。

命名空間：System.Xml.Serialization
組件：system.xml.dll

1. 使用屬性控制 XML 輸出格式

透過 XmlRootAttribute、XmlAttribute、XmlElementAttribute 等屬性，可精確控制根元素名稱、命名空間、成員呈現為屬性或元素、XML Schema 資料型別、Null 值處理等。

[XmlRoot(ElementName = "BOOK", Namespace = "https://www.chnking.com", IsNullable = true)]
public class Book
{
    private string name;
    public string address1;
    public string address2;
    [XmlAttribute(AttributeName = "Author", Namespace = "https://www.chnkingAttr.com", DataType = "NMTOKEN")]
    public string author;
    [XmlElement(ElementName = "NamePro", Namespace = "https://www.chnkingName.com", DataType = "NMTOKEN", IsNullable = true)]
    public string Name { get { return name; } set { name = value; } }
    public Book() { address1 = address2 = "shenzhen"; }
}

範例中 author 序列化為屬性，Name 為元素，DataType="NMTOKEN" 會將不合法字元（如 ^）轉為十六進位 ASCII（_x005E_）。

2. 序列化與反序列化

XmlSerializer serializer = new XmlSerializer(typeof(Book));
serializer.Serialize(stream, book); // 需傳入型別
// 反序列化
stream.Position = 0;
Book restored = (Book)serializer.Deserialize(stream);

觀察重點：address1、address2 皆完整輸出值（非參考），因 XmlSerializer 面向資料而非物件圖；author 屬性值 ^chnking 中的 ^ 被轉義。

3. 驗證 Web Services 一致性

建立同樣回傳 Book 的 Web Service，瀏覽器呼叫後輸出的 XML 與 XmlSerializer 直接序列化結果完全一致，證明兩者共用同一序列化引擎。

4. 從 XSD 產生類別

當雙方預先約定 Schema 時，可用 xsd.exe 由 XSD 產生符合該結構的 .NET 類別：

xsd test2.xsd test1.xsd test.xsd /c

產生的類別自動包含對應的序列化屬性，序列化後的 XML 符合原始 XSD 定義。

總結與選型建議

下一篇將繼續探討 WCF 中的 DataContractSerializer 與序列化進階主題。