NET中對象序列化方法
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王穎1由 分享
摘 要 實(shí)現(xiàn)序列化最重要的兩個(gè)原因是：將對象的狀態(tài)保存在存儲(chǔ)媒體中以便以后重新創(chuàng)建出完全相同的副本；按值將對象從一個(gè)應(yīng)用程序域發(fā)送至另一個(gè)應(yīng)用程序域。例如，序列化可用于在 ASP.NET 中保存會(huì)話狀態(tài)；將對象復(fù)制到 Windows 窗體的剪貼板中；它還可用于按值將對象從一個(gè)應(yīng)用程序域遠(yuǎn)程傳遞至另一個(gè)應(yīng)用程序域。本文簡要介紹了 Microsoft .NET 中使用的序列化。
關(guān)鍵詞 .NET；序列化；封送
1 引言
序列化是指將對象實(shí)例的狀態(tài)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)媒體的過程。在此過程中，先將對象的公共字段和私有字段以及類的名稱(包括類所在的程序集)轉(zhuǎn)換為字節(jié)流，然后再把字節(jié)流寫入數(shù)據(jù)流。在隨后對對象進(jìn)行反序列化時(shí)，將創(chuàng)建出與原對象完全相同的副本。
在面向?qū)ο蟮沫h(huán)境中實(shí)現(xiàn)序列化機(jī)制時(shí)，必須在易用性和靈活性之間進(jìn)行一些權(quán)衡。只要對此過程有足夠的控制能力，就可以使該過程在很大程度上自動(dòng)進(jìn)行。例如，簡單的二進(jìn)制序列化不能滿足需要，或者，由于特定原因需要確定類中哪些字段需要序列化。以下各部分將探討 .NET 框架提供的可靠的序列化機(jī)制，并著重介紹如何根據(jù)需要自定義序列化過程。
2 持久存儲(chǔ)
我們經(jīng)常需要將對象的字段值保存到磁盤中，并在以后在內(nèi)存中還原次對象。盡管不使用序列化也能完成這項(xiàng)工作，但這種方法通常很繁瑣而且容易出錯(cuò)，并且在需要跟蹤對象的層次結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)變得越來越復(fù)雜?？梢韵胂笠幌戮帉懓罅繉ο蟮拇笮蜆I(yè)務(wù)應(yīng)用程序的情形，程序員不得不為每一個(gè)對象編寫代碼，以便將字段和屬性保存至磁盤以及從磁盤還原這些字段和屬性。序列化提供了輕松實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的快捷方法。
公共語言運(yùn)行時(shí) (CLR) 管理對象在內(nèi)存中的分布，.NET 框架則通過使用反射提供自動(dòng)的序列化機(jī)制。對象序列化后，類的名稱、程序集以及類實(shí)例的所有數(shù)據(jù)成員均被寫入存儲(chǔ)媒體中。對象通常用成員變量來存儲(chǔ)對其它實(shí)例的引用。類序列化后，序列化引擎將跟蹤所有已序列化的引用對象，以確保同一對象不被序列化多次。.NET 框架所提供的序列化體系結(jié)構(gòu)可以自動(dòng)正確處理對象圖表和循環(huán)引用。對對象圖表的惟一要求是，由正在進(jìn)行序列化的對象所引用的所有對象都必須標(biāo)記為 Serializable。否則，當(dāng)序列化程序試圖序列化未標(biāo)記的對象時(shí)將會(huì)出現(xiàn)異常。當(dāng)反序列化已序列化的類時(shí)，將重新創(chuàng)建該類的對象，并自動(dòng)還原所有數(shù)據(jù)成員的值。
3 按值封送
按值封送是指將對象序列化為字節(jié)流，并從一個(gè)應(yīng)用程序域傳輸至另一個(gè)應(yīng)用程序域，然后進(jìn)行反序列化，從而在第二個(gè)應(yīng)用程序域中產(chǎn)生出該對象的一個(gè)副本，這在COM技術(shù)中經(jīng)常提到。在.Net中，對象僅在創(chuàng)建對象的應(yīng)用程序域中有效，除非對象是從 MarshalByRefObject 派生得到或標(biāo)記為 Serializable，否則，任何將對象作為參數(shù)傳遞或作為結(jié)果返回到另外一個(gè)應(yīng)用程序域都將失敗。
如果對象標(biāo)記為 Serializable，則該對象將被自動(dòng)序列化，并從一個(gè)應(yīng)用程序域傳輸至另一個(gè)應(yīng)用程序域，然后進(jìn)行反序列化，從而在第二個(gè)應(yīng)用程序域中產(chǎn)生出該對象的一個(gè)精確副本。
如果對象是從 MarshalByRefObject 派生得到，則從一個(gè)應(yīng)用程序域傳遞至另一個(gè)應(yīng)用程序域的是對象引用，而不是對象本身。也可以將從 MarshalByRefObject 派生得到的對象標(biāo)記為 Serializable。遠(yuǎn)程使用此對象時(shí)，負(fù)責(zé)進(jìn)行序列化并已預(yù)先配置為 SurrogateSelector 的格式化程序?qū)⒖刂菩蛄谢^程，并用一個(gè)代理替換所有從 MarshalByRefObject 派生得到的對象。如果沒有預(yù)先配置為 SurrogateSelector，序列化體系結(jié)構(gòu)將遵從下面的標(biāo)準(zhǔn)序列化規(guī)則。
4 基本序列化
要使一個(gè)類可序列化，最簡單的方法是使用 Serializable 屬性對它進(jìn)行標(biāo)記，如下所示：
[Serializable]
public class MyObject
{
public int n1 = 0；
public int n2 = 0；
public String str = null；
}
以下代碼片段說明了如何將此類的一個(gè)實(shí)例序列化為一個(gè)文件：
MyObject obj = new MyObject()；
obj.n1 = 1；
obj.n2 = 24；
obj.str = "一些字符串"；
IFormatter formatter = new BinaryFormatter()；
Stream stream = new FileStream("MyFile.bin"，F(xiàn)ileMode.Create，F(xiàn)ileAccess.Write，F(xiàn)ileShare.None)；
formatter.Serialize(stream，obj)；
stream.Close()；
本例使用二進(jìn)制格式化程序進(jìn)行序列化。只需創(chuàng)建一個(gè)要使用的流和格式化程序的實(shí)例，然后調(diào)用格式化程序的 Serialize 方法。流和要序列化的對象實(shí)例作為參數(shù)提供給此調(diào)用。類中包括 private 變量的所有成員變量，都將被序列化，但這一點(diǎn)在本例中未明確體現(xiàn)出來。在這一點(diǎn)上，二進(jìn)制序列化不同于只序列化公共字段的 XML 序列化程序。
將對象還原到它以前的狀態(tài)也非常容易。首先，創(chuàng)建格式化程序和流以進(jìn)行讀取，然后讓格式化程序?qū)ο筮M(jìn)行反序列化。以下代碼片段說明了如何進(jìn)行此操作。
IFormatter formatter = new BinaryFormatter()；
Stream stream = new FileStream("MyFile.bin"，F(xiàn)ileMode.Open，F(xiàn)ileAccess.Read，F(xiàn)ileShare.Read)；
MyObject obj = (MyObject) formatter.Deserialize(fromStream)；
stream.Close()；
// 下面是證明
Console.WriteLine("n1：{0}"，obj.n1)；
Console.WriteLine("n2：{0}"，obj.n2)；
Console.WriteLine("str：{0}"，obj.str)；
上面所使用的 BinaryFormatter 效率很高，能生成非常緊湊的字節(jié)流。所有使用此格式化程序序列化的對象也可使用它進(jìn)行反序列化，對于序列化將在 .NET 平臺(tái)上進(jìn)行反序列化的對象，此格式化程序是一個(gè)理想的工具。需要注意的是，對對象進(jìn)行反序列化時(shí)并不調(diào)用構(gòu)造函數(shù)。對反序列化添加這項(xiàng)約束，是出于性能方面的考慮。但是，這違反了對象編寫者通常采用的一些運(yùn)行時(shí)約定，因此，開發(fā)人員在將對象標(biāo)記為可序列化時(shí)，應(yīng)確?？紤]了這一特殊約定。
如果要求具有可移植性，應(yīng)該使用 SoapFormatter。所要做的更改只是將以上代碼中的格式化程序換成 SoapFormatter，而 Serialize 和 Deserialize 調(diào)用不變。對于上面使用的示例，該格式化程序?qū)⑸梢韵陆Y(jié)果。
<SOAP-ENV：Envelope
xmlns：xsi=http：//www.w3.org/2001/XMLSchema-instance xmlns：xsd="http：//www.w3.org/2001/XMLSchema"
xmlns：SOAP-ENC=http：//schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/
xmlns：SOAP-ENV=http：//schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/
SOAP-ENV：encoding3">5 選擇性序列化
類通常包含不應(yīng)被序列化的字段。例如，假設(shè)某個(gè)類用一個(gè)成員變量來存儲(chǔ)線程 ID。當(dāng)此類被反序列化時(shí)，序列化此類時(shí)所存儲(chǔ)的 ID 對應(yīng)的線程可能不再運(yùn)行，所以對這個(gè)值進(jìn)行序列化沒有意義?？梢酝ㄟ^使用 NonSerialized 屬性標(biāo)記成員變量來防止它們被序列化，如下所示：
[Serializable]
public class MyObject
{
public int n1；
[NonSerialized]public int n2；
public String str；
}
6 自定義序列化
可以通過在對象上實(shí)現(xiàn) ISerializable 接口來自定義序列化過程。這一功能在反序列化后成員變量的值失效時(shí)尤其有用，但是需要為變量提供值以重建對象的完整狀態(tài)。要實(shí)現(xiàn) ISerializable，需要實(shí)現(xiàn) GetObjectData 方法以及一個(gè)特殊的構(gòu)造函數(shù)，在反序列化對象時(shí)要用到此構(gòu)造函數(shù)。以下代碼示例說明了如何在前一部分中提到的 MyObject 類上實(shí)現(xiàn) ISerializable接口。
[Serializable]
public class MyObject：ISerializable
{
public int n1；
public int n2；
public String str；
public MyObject() { }
protected MyObject(SerializationInfo info，StreamingContext context)
{
n1 = info.GetInt32("i")；
n2 = info.GetInt32("j")；
str = info.GetString("k")；
}
public virtual void GetObjectData(SerializationInfo info，StreamingContext context)
{
info.AddValue("i"，n1)；
info.AddValue("j"，n2)；
info.AddValue("k"，str)；
}
}
在序列化過程中調(diào)用 GetObjectData 時(shí)，需要填充方法調(diào)用中提供的 SerializationInfo 對象。只需按名稱/值對的形式添加將要序列化的變量。其名稱可以是任何文本。只要已序列化的數(shù)據(jù)足以在反序列化過程中還原對象，便可以自由選擇添加至 SerializationInfo 的成員變量。如果基對象實(shí)現(xiàn)了 ISerializable，則派生類應(yīng)調(diào)用其基對象的 GetObjectData 方法。
需要強(qiáng)調(diào)的是，將 ISerializable 添加至某個(gè)類時(shí)，需要同時(shí)實(shí)現(xiàn) GetObjectData 以及特殊的構(gòu)造函數(shù)。如果缺少 GetObjectData，編譯器將發(fā)出警告。但是，由于無法強(qiáng)制實(shí)現(xiàn)構(gòu)造函數(shù)，所以，缺少構(gòu)造函數(shù)時(shí)不會(huì)發(fā)出警告。如果在沒有構(gòu)造函數(shù)的情況下嘗試反序列化某個(gè)類，將會(huì)出現(xiàn)異常。
在反序列化過程中，使用出于此目的而提供的構(gòu)造函數(shù)將 SerializationInfo 傳遞給類。對象反序列化時(shí)，對構(gòu)造函數(shù)的任何可見性約束都將被忽略，因此，可以將類標(biāo)記為 public、protected、internal 或 private。通常，在類未封裝的情況下，將構(gòu)造函數(shù)標(biāo)記為 protect。如果類已封裝，則應(yīng)標(biāo)記為 private。要還原對象的狀態(tài)，只需使用序列化時(shí)采用的名稱，從 SerializationInfo 中檢索變量的值。如果基類實(shí)現(xiàn)了 ISerializable，則應(yīng)調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)，以使基礎(chǔ)對象還原其變量。
如果從實(shí)現(xiàn)了 ISerializable 的類派生出一個(gè)新的類，則只要新的類中含有任何需要序列化的變量，就必須同時(shí)實(shí)現(xiàn)構(gòu)造函數(shù)以及 GetObjectData 方法。以下代碼片段顯示了如何使用上文所示的 MyObject 類來完成此操作。
[Serializable]public class ObjectTwo：MyObject
{
public int num；
public ObjectTwo()：base()
{ }
protected ObjectTwo(SerializationInfo si，StreamingContext context)：base(si，context)
{
num = si.GetInt32("num")；
}
public override void GetObjectData(SerializationInfo si，StreamingContext context)
{
base.GetObjectData(si，context)；
si.AddValue("num"，num)；
}
}
切記要在反序列化構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用基類，否則，將永遠(yuǎn)不會(huì)調(diào)用基類上的構(gòu)造函數(shù)，并且在反序列化后也無法構(gòu)建完整的對象。
7 序列化過程的規(guī)則
在格式化程序上調(diào)用 Serialize 方法時(shí)，對象序列化按照以下規(guī)則進(jìn)行：
檢查格式化程序是否有代理選取器。如果有，檢查代理選取器是否處理指定類型的對象。如果選取器處理此對象類型，將在代理選取器上調(diào)用 ISerializable.GetObjectData。
如果沒有代理選取器或有卻不處理此類型，將檢查是否使用 Serializable 屬性對對象進(jìn)行標(biāo)記。如果未標(biāo)記，將會(huì)引發(fā) SerializationException。
如果對象已被正確標(biāo)記，將檢查對象是否實(shí)現(xiàn)了 ISerializable。如果已實(shí)現(xiàn)，將在對象上調(diào)用 GetObjectData。
如果對象未實(shí)現(xiàn) Serializable，將使用默認(rèn)的序列化策略，對所有未標(biāo)記為 NonSerialized 的字段都進(jìn)行序列化。
8 版本控制
.NET 框架支持版本控制和并排執(zhí)行，并且，如果類的接口保持一致，所有類均可跨版本工作。由于序列化涉及的是成員變量而非接口，所以，在向要跨版本序列化的類中添加成員變量，或從中刪除變量時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎行事。特別是對于未實(shí)現(xiàn) ISerializable 的類更應(yīng)如此。若當(dāng)前版本的狀態(tài)發(fā)生了任何變化(例如添加成員變量、更改變量類型或更改變量名稱)，都意味著如果同一類型的現(xiàn)有對象是使用早期版本進(jìn)行序列化的，則無法成功對它們進(jìn)行反序列化。
如果對象的狀態(tài)需要在不同版本間發(fā)生改變，類的作者可以有兩種選擇：
實(shí)現(xiàn) ISerializable。這使您可以精確地控制序列化和反序列化過程，在反序列化過程中正確地添加和解釋未來狀態(tài)。
使用 NonSerialized 屬性標(biāo)記不重要的成員變量。僅當(dāng)預(yù)計(jì)類在不同版本間的變化較小時(shí)，才可使用這個(gè)選項(xiàng)。例如，把一個(gè)新變量添加至類的較高版本后，可以將該變量標(biāo)記為 NonSerialized，以確保該類與早期版本保持兼容。
9 序列化規(guī)則
在設(shè)計(jì)新類時(shí)應(yīng)考慮序列化。需要考慮的問題有：是否必須跨應(yīng)用程序域來發(fā)送該類的對象？是否要遠(yuǎn)程使用此類？用戶將如何使用此類？是否要派生出一個(gè)需要序列化的新類。只要有這種可能性，就應(yīng)將類標(biāo)記為可序列化。除下列情況以外，最好將所有類都標(biāo)記為可序列化：
所有的類都永遠(yuǎn)也不會(huì)跨越應(yīng)用程序域。如果某個(gè)類不要求序列化但需要跨越應(yīng)用程序域，請從 MarshalByRefObject 派生此類。
類存儲(chǔ)僅適用于其當(dāng)前實(shí)例的特殊指針。例如，如果某個(gè)類包含非受控的內(nèi)存或文件句柄，請確保將這些字段標(biāo)記為 NonSerialized 或根本不序列化此類。
某些數(shù)據(jù)成員包含敏感信息。在這種情況下，建議實(shí)現(xiàn) ISerializable 并僅序列化所要求的字段。
參考文獻(xiàn)
[1] 潘愛民著．Com原理與應(yīng)用．清華大學(xué)出版社
[2] Simon Robinson K.Scott等著．C#高級編程． 清華大學(xué)出版社
[3] David J. Kruglinski Scot Wingo George Shepherd 著．VC++6.0技術(shù)內(nèi)幕． 北京希望電子出版社