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深入解析 Java 序列化機制與核心原理

編輯：Java 程式設計入門

前言

Java 序列化是將物件轉換為位元組流的過程，反序列化則是將位元組流重建為物件。這項機制解決了分散式環境下物件在網路或裝置間傳輸的問題，是 Java 平台提供的標準化物件持久化與傳輸方案。

序列化的必要性

在 Java 中一切皆物件。當需要在分散式系統中跨 JVM 傳遞物件，或將物件狀態持久化至磁碟時，必須有一套統一的協議將物件轉換為可傳輸、可儲存的位元組序列。Java 序列化 API 正是為此而生。

如何實現物件序列化

1. 實作 Serializable 介面

欲序列化的類別必須實作 java.io.Serializable 介面。此介面不包含任何方法，僅作為標記介面，告知 JVM 該類別支援序列化。

import java.io.Serializable;

class TestSerial implements Serializable {
    public byte version = 100;
    public byte count = 0;
}

2. 使用 ObjectOutputStream 輸出物件

ObjectOutputStream 可將物件寫入位元組流。以下範例將物件序列化並存入檔案：

public static void main(String[] args) throws IOException {
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream("temp.out");
    ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
    TestSerial ts = new TestSerial();
    oos.writeObject(ts);
    oos.flush();
    oos.close();
}

3. 使用 ObjectInputStream 還原物件

反序列化讀取位元組流並重建物件：

public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
    FileInputStream fis = new FileInputStream("temp.out");
    ObjectInputStream oin = new ObjectInputStream(fis);
    TestSerial ts = (TestSerial) oin.readObject();
    System.out.println("version=" + ts.version);
}

執行結果輸出 100，證明物件成功還原。

序列化格式深度剖析

將序列化後的 temp.out 以十六進位檢視，內容如下：

AC ED 00 05 73 72 00 0A 53 65 72 69 61 6C 54 65
73 74 A0 0C 34 00 FE B1 DD F9 02 00 02 42 00 05
63 6F 75 6E 74 42 00 07 76 65 72 73 69 6F 6E 78
70 00 64

雖然 TestSerial 僅含兩個 byte 欄位（理論僅需 2 位元組），但實際檔案佔用 51 位元組。額外空間包含類別中繼資料、序列化版本 ID、欄位描述等結構性資訊。

Java 序列化演算法流程

輸出物件相關的類別中繼資料。
遞歸輸出父類別描述，直到無父類別為止。
類別中繼資料完成後，從最頂層父類別開始輸出實例實際資料值。
自上而下遞歸輸出各層級實例資料。

完整範例：繼承與組合情境

定義父類別 parent、組合類別 contain、主類別 SerialTest：

class parent implements Serializable {
    int parentVersion = 10;
}

class contain implements Serializable {
    int containVersion = 11;
}

public class SerialTest extends parent implements Serializable {
    int version = 66;
    contain con = new contain();
    // ... getter、main 方法省略
}

序列化後的位元組流（節錄關鍵片段）：

AC ED 00 05 73 72 00 0A 53 65 72 69 61 6C 54 65
73 74 05 52 81 5A AC 66 02 F6 02 00 02 49 00 07
76 65 72 73 69 6F 6E 4C 00 03 63 6F 6E 74 00 09
4C 63 6F 6E 74 61 69 6E 3B 78 72 00 06 70 61 72
65 6E 74 0E DB D2 BD 85 EE 63 7A 02 00 01 49 00
0D 70 61 72 65 6E 74 56 65 72 73 69 6F 6E 78 70
00 00 00 0A 00 00 00 42 73 72 00 07 63 6F 6E 74
61 69 6E FC BB E6 0E FB CB 60 C7 02 00 01 49 00
0E 63 6F 6E 74 61 69 6E 56 65 72 73 69 6F 6E 78
70 00 00 00 0B