一、序列化：将 Java 对象转换成字节流的过程

1️⃣序列化过程：是指把一个 Java 对象变成二进制内容，实质上就是一个 byte[]。因为序列化后可以把 byte[] 保存到文件中，或者把 byte[] 通过网络传输到远程(IO)，这样，就相当于把 Java 对象存储到文件或者通过网络传输出去了。
2️⃣一个 Java 对象要能序列化，必须实现一个特殊的java.io.Serializable接口，它的定义如下：

public interface Serializable {}

Serializable没有定义任何方法，它是一个空接口。这样的空接口称为“标记接口”(Marker Interface)，实现了标记接口的类仅仅是给自身贴了个“标记”，并没有增加任何方法。

二、反序列化：将字节流转换成 Java 对象的过程。

反序列化过程：把一个二进制内容(也就是 byte[] 数组)变回 Java 对象。有了反序列化，保存到文件中的 byte[] 数组又可以“变回” Java 对象，或者从网络上读取 byte[] 并把它“变回” Java 对象。以下是一些使用序列化的示例：
①以面向对象的方式将数据存储到磁盘上的文件。例如，Redis存储Student对象的列表。
②将程序的状态保存在磁盘上。例如，保存游戏状态。
③通过网络以表单对象形式发送数据。例如，在聊天应用程序中以对象形式发送消息。

三、为什么需要序列化与反序列化

当两个进程进行远程通信时，可以相互发送各种类型的数据，包括文本、图片、音频、视频等，而这些数据都会以二进制序列的形式在网络上传送。当两个 Java 进程进行通信时，需要 Java 序列化与反序列化实现进程间的对象传送。换句话说，一方面，发送方需要把这个 Java 对象转换为字节序列，然后在网络上传送；另一方面，接收方需要从字节序列中恢复出 Java 对象。

优点：
①实现了数据的持久化，通过序列化可以把数据永久地保存到硬盘上(通常存放在文件里)。
②通过序列化以字节流的形式使对象在网络中进行传递和接收。
③通过序列化在进程间传递对象。

注意事项：
1️⃣某个类可以被序列化，则其子类也可以被序列化
2️⃣声明为 static 和 transient 的成员变量，不能被序列化。static 成员变量是描述类级别的属性，transient 表示临时数据。
3️⃣反序列化读取序列化对象的顺序要保持一致。

四、Java中的序列化如何工作

当 Java 对象需要在网络上传输或者持久化存储到文件中时，就需要对 Java 对象进行序列化处理。当且仅当对象的类实现java.io.Serializable接口时，该对象才有资格进行序列化，然而真正的序列化动作不需要靠它完成。可序列化是一个标记接口(不包含任何方法)，该接口告诉Java虚拟机(JVM)该类的对象已准备好写入持久性存储或通过网络进行读取。

序列化算法一般会按步骤做如下事情：
①将对象实例相关的类元数据输出。
②递归地输出类的超类描述直到不再有超类。
③类元数据完了以后，开始从最顶层的超类开始输出对象实例的实际数据值。
④从上至下递归输出实例的数据

默认情况下，JVM 负责编写和读取可序列化对象的过程。序列化/反序列化功能通过对象流类的以下两种方法公开：
1️⃣ObjectOutputStream.writeObject(Object)：将可序列化的对象写入输出流。如果要序列化的某些对象未实现Serializable接口，则此方法将引发NotSerializableException。

按照提示，由源码一直跟到ObjectOutputStream的writeObject0()底层：

2️⃣ObjectInputStream.readObject()：从输入流读取，构造并返回一个对象。如果找不到序列化对象的类，则此方法将引发ClassNotFoundException。readObject() 返回一个 Object 类型的对象，因此需要将其强制转换为可序列化的类，在这种情况下为String类。

如果序列化使用的类有问题，则这两种方法都将引发 InvalidClassException，如果发生 I/O 错误，则将引发IOException。无论NotSerializableException和InvalidClassException是子类IOException。

举个例子，对 Student 类对象序列化到一个名为 student.txt 的文本文件中，然后再通过文本文件反序列化成 Student 类对象：
①Student 类：

public class Student implements Serializable {
    private String name;
    private Integer age;
    private Integer score;
    @Override
    public String toString() {
        return "Student:" + '\n' +
        "name = " + this.name + '\n' +
        "age = " + this.age + '\n' +
        "score = " + this.score + '\n'
        ;
    }
    // ... 其他省略 ...
}

②序列化

public static void serialize() throws IOException {
    Student student = new Student();
    student.setName("new");
    student.setAge(18);
    student.setScore(100);
    ObjectOutputStream objectOutputStream = 
        new ObjectOutputStream( new FileOutputStream( new File("student.txt") ) );
    objectOutputStream.writeObject( student );
    objectOutputStream.close();
    System.out.println("序列化成功！已经生成student.txt文件");
    System.out.println("============================");
}

③反序列化

public static void deserialize() throws IOException, ClassNotFoundException {
    ObjectInputStream objectInputStream = 
        new ObjectInputStream( new FileInputStream( new File("student.txt") ) );
    Student student = (Student) objectInputStream.readObject();
    objectInputStream.close();
    System.out.println("反序列化结果为：");
    System.out.println( student );
}

④运行结果：

序列化成功！已经生成student.txt文件
============================
反序列化结果为：
Student:
name = new
age = 18
score = 100

五、什么是serialVersionUID常数

import java.io.*;
import java.util.*;
 
public class Student extends Person implements Serializable {
    public static final long serialVersionUID = 1234L;
 
    private long studentId;
    private String name;
    private transient int age;
 
    public Student(long studentId, String name, int age) {
        super();
        this.studentId = studentId;
        this.name = name;
        this.age = age;
        System.out.println("Constructor");
    }
 
    public String toString() {
        return String.format("%d - %s - %d", studentId, name, age);
    }
}

如上代码：

long serialVersionUID类型的常量。
成员变量age被标记为transient。

serialVersionUID是一个常数，用于唯一标识可序列化类的版本。从输入流构造对象时，JVM在反序列化过程中检查此常数。如果正在读取的对象的serialVersionUID与类中指定的序列号不同，则JVM抛出InvalidClassException。这是为了确保正在构造的对象与具有相同serialVersionUID的类兼容。

serialVersionUID是可选的。如果不显式声明，Java编译器将自动生成一个。那么，为什么要显式声明serialVersionUID呢？

原因是：自动生成的serialVersionUID是基于类的元素(成员变量、方法和构造函数等)计算的。如果这些元素之一发生更改，serialVersionUID也将更改。想象一下这种情况：

①一个程序，将Student类的某些对象存储到文件中。Student类没有显式声明的serialVersionUID。
②而后更新了Student类(比如新增了一个私有方法)，现在自动生成的serialVersionUID也被更改了。
③该程序无法反序列化先前编写的Student对象，因为那里的serialVersionUID不同。JVM抛出InvalidClassException。

这就是为什么建议为可序列化类显式添加serialVersionUID的原因。

六、什么是瞬时变量？

上面Student类的成员变量age被标记为transient，JVM 在序列化过程中会跳过瞬态变量。这意味着在序列化对象时不会存储age变量的值。因此，如果成员变量不需要序列化，则可以将其标记为瞬态。以下代码将Student对象序列化为名为“ students.ser”的文件：

String filePath = "students.ser";
Student student = new Student(123, "John", 22);
try (
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(filePath);
    ObjectOutputStream outputStream = new ObjectOutputStream(fos);
) {
    outputStream.writeObject(student);
} catch (IOException ex) {
    System.err.println(ex);
}

请注意，在序列化对象之前，变量age的值为22。下面的代码从文件中反序列化Student对象：

String filePath = "students.ser";
try (
    FileInputStream fis = new FileInputStream(filePath);
    ObjectInputStream inputStream = new ObjectInputStream(fis);
) {
    Student student = (Student) inputStream.readObject();
    System.out.println(student);
} catch (ClassNotFoundException ex) {
    System.err.println("Class not found: " + ex);
} catch (IOException ex) {
    System.err.println("IO error: " + ex);
}

此代码输出如下：
1个
123 - John - 0

七、总结

1️⃣序列化一个对象时，它所引用的所有其他对象也会被序列化，依此类推，直到序列化完整的对象树为止。
2️⃣如果超类实现 Serializable，则其子类会自动执行。
3️⃣反序列化可序列化类的实例时，构造函数将不会运行。
4️⃣如果超类未实现 Serializable，则在反序列化子类对象时，超类构造函数将运行。
5️⃣静态变量未序列化，因为它们不是对象本身的一部分。
6️⃣如果序列化集合或数组，则每个元素都必须可序列化。单个不可序列化的元素将导致序列化失败(NotSerializableException)。
7️⃣JDK 中的可序列化类包括原始包装器(Integer，Long，Double等)、String、Date、collection 类等。对于其他类，请查阅相关的 Javadoc 来了解它们是否可序列化。
8️⃣相关接口及类：
①java.io.Serializable
②java.io.Externalizable
③ObjectOutput
④ObjectInput
⑤ObjectOutputStream
⑥ObjectInputStream

序列化和反序列化