Java序列化与反序列化技术深度解析

10余年java开发经验，将结合实际场景，逐一剖析java的每个知识点。后续会陆续分享从实际项目中提炼的经验，包括中间件的实战应用、需求分析、代码设计、项目架构、技术方案设计、网络编程项目、微服务、数据处理、领域驱动设计等。欢迎有兴趣的同学加关注，互相学习。

一、序列化基础概念

1.1 什么是序列化？

序列化是将对象转换为字节流的过程，使其可以通过网络传输或持久化存储。反序列化则是将字节流还原为对象的过程。

public class Person implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String name;
    private transient int age; // 不会被序列化
    
    // 自定义序列化逻辑
    private void writeObject(ObjectOutputStream oos) throws IOException {
        oos.defaultWriteObject();
        oos.writeInt(age + 100); // 对年龄加密
    }
    
    // 自定义反序列化逻辑
    private void readObject(ObjectInputStream ois) throws IOException, ClassNotFoundException {
        ois.defaultReadObject();
        this.age = ois.readInt() - 100; // 对年龄解密
    }
}

1.2 Java原生序列化机制

实现Serializable接口（标记接口）

transient关键字排除字段

serialVersionUID版本控制

自定义序列化方法（writeObject/readObject）

二、序列化原理深入

2.1 序列化数据结构

Java原生序列化格式包含：

类元数据（类名、字段类型）

对象字段值

父类信息

引用对象的递归序列化

2.2 对象图序列化

当序列化对象包含其他对象引用时，会形成对象图：

class Order implements Serializable {
    private User user;
    private List<Item> items;
}

整个对象图会被完整序列化，需注意循环引用问题。

三、二进制序列化框架对比

3.1 主流框架对比

特性	Java原生	Protocol Buffers	Kryo	Hessian
跨语言	❌	✅	❌	✅
性能	低	极高	极高	高
数据大小	大	极小	小	中等
易用性	简单	中等	简单	简单
向后兼容	弱	强	弱	中等

3.2 Protocol Buffers实战

定义proto文件（例如：person.proto）：

syntax = "proto3";
message Person {
    string name = 1;
    int32 age = 2;
    repeated string emails = 3;
}

生成Java类：

protoc --java_out=. person.proto

protoc命令需要引入工具，以Windows为例：
下载protoc-29.3-win64.zip
https://github.com/protocolbuffers/protobuf/releases

执行protoc生成java类

切换到目录执行:

序列化/反序列化：

// Person类是前面protoc命令生成的
Person person = Person.newBuilder()
    .setName("Alice")
    .setAge(30)
    .addEmails("alice@example.com")
    .build();

// 序列化
byte[] data = person.toByteArray();

// 反序列化
Person newPerson = Person.parseFrom(data);

3.3 Kryo高性能序列化

maven引入依赖：

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.esotericsoftware/kryo-shaded -->
<dependency>
    <groupId>com.esotericsoftware</groupId>
    <artifactId>kryo-shaded</artifactId>
    <version>4.0.3</version>
</dependency>

Kryo kryo = new Kryo();
kryo.register(Person.class);

// 序列化
Output output = new Output(new FileOutputStream("data.bin"));
kryo.writeObject(output, person);
output.close();

// 反序列化
Input input = new Input(new FileInputStream("data.bin"));
Person newPerson = kryo.readObject(input, Person.class);
input.close();

四、业务场景应用指南

4.1 典型应用场景

RPC通信：Protobuf（跨语言）、Kryo（纯Java高性能）

缓存系统：Kryo（Redis缓存对象序列化）

消息队列：Protobuf（Kafka消息传输）

持久化存储：Hessian（兼容老系统）、Protobuf（大数据存储）

4.2 选型建议

微服务架构：优先Protobuf，兼顾性能与跨语言

游戏开发：选择Kryo，追求极致性能

遗留系统改造：使用Hessian保持兼容性

安全敏感系统：Avro（支持Schema验证）

五、性能优化技巧

对象复用：Kryo支持对象池

KryoPool pool = new KryoPool.Builder(() -> {
    Kryo kryo = new Kryo();
    kryo.register(Person.class);
    return kryo;
}).build();

// 从池中获取Kryo实例
try (Output output = ...) {
    Kryo kryo = pool.borrow();
    kryo.writeObject(output, person);
    pool.release(kryo);
}

压缩算法：对序列化结果二次压缩

// 使用GZIP压缩
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
try (GZIPOutputStream gzip = new GZIPOutputStream(bos);
     Output output = new Output(gzip)) {
    kryo.writeObject(output, person);
}

六、基于json的对象序列化（在web应用开发中使用广泛）

1、jackson:

// 使用JSON序列化代替二进制
ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
String json = mapper.writeValueAsString(person);
Person newPerson = mapper.readValue(json, Person.class);

2、fastjson

//序列化
  User user = new User();
  user.setName("张三");
  user.setAge(30);
  String jsonString = JSON.toJSONString(user);
  // 反序列化
  User user = JSON.parseObject(jsonString, User.class);

其他基于json的序列化框架:
1、fastjson2（fastjson的升级版，性能提升很大）
2、由Google开发的Gson