作者簡介：ASCE1885， 《Android 高級進階》作者。
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貓

數(shù)據(jù)序列化在 Android 應(yīng)用開發(fā)中占據(jù)著舉足輕重的位置，無論是進程間通信，本地數(shù)據(jù)存儲，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊?，都離不開序列化的支持。針對不同場景選擇正確的序列化方案，對應(yīng)用的性能有著極大的影響。

廣義上講，序列化是將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者對象轉(zhuǎn)換成可用于存儲或者傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式的過程，在序列化期間，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者對象將其狀態(tài)信息寫入到臨時或者持久性存儲區(qū)中；反序列化是將序列化過程中生成的數(shù)據(jù)還原成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者對象的過程。Android 應(yīng)用開發(fā)有很多種可選的序列化和反序列化方案，我們在《Android 高級進階》一書的《Android 數(shù)據(jù)序列化方案研究》一節(jié)已經(jīng)做過介紹。在正式開始 Serial 相關(guān)內(nèi)容之前，這里我們先來簡單回顧一下幾個跟本文主題密切相關(guān)的序列化方式。

序列化基礎(chǔ)

Serializable

Serializable 是 Java 語言的特性，它是最簡單的也是使用最廣泛的序列化方案之一，只有實現(xiàn)了 Serializable 接口的 Java 對象才可以實現(xiàn)內(nèi)建的序列化，這種類型的序列化是將 Java 對象轉(zhuǎn)換成字節(jié)序列的過程，而反序列化則是將字節(jié)序列恢復(fù)成 Java 對象的過程。

public interface Serializable {
}

Serializable 接口是一種標識接口，也就是無需實現(xiàn)方法，Java 便會對這個對象進行序列化操作。它的缺點是使用反射機制，在序列化的過程中會創(chuàng)建很多臨時對象，容易觸發(fā)垃圾回收，序列化的過程比較慢，對于性能要求很嚴格的場景不建議使用這種方案。

Externalizable

Externalizable 接口繼承自 Serializable 接口，并定義了 writeExternal 和 readExternal 這兩個方法，從而讓開發(fā)者對序列化過程擁有更多的控制權(quán)，方便的實現(xiàn)自定義操作，同時可以實現(xiàn)一些使用 Serializable 接口無法實現(xiàn)的功能，例如實現(xiàn) Serializable 接口的對象，其中 static 和 transient 類型的成員變量默認是不會被序列化的，而通過實現(xiàn) Externalizable 接口開發(fā)者可以對 static 和 transient 類型的成員變量進行手動序列化的。

public interface Externalizable extends java.io.Serializable {
    void writeExternal(ObjectOutput out) throws IOException;
    void readExternal(ObjectInput in) throws IOException, ClassNotFoundException;
}

當(dāng)然，Externalizable 接口的序列化機制跟 Serializable 接口一樣，都是基于反射機制的，性能方面也是比較差的。

Parcelable

前面兩種序列化方式都是 Java 內(nèi)置的接口，可以將對象序列化到磁盤文件，數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡(luò)等。到了 Android 平臺，為了實現(xiàn) Android 應(yīng)用內(nèi)以及應(yīng)用間（基于 AIDL）高效的數(shù)據(jù)傳輸，Android 設(shè)計了 Parcelable 接口，需要注意的是，Parcelable 只支持內(nèi)存方式的序列化，不能將對象序列化到磁盤等介質(zhì)。

public interface Parcelable {
    public static final int PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE = 0x0001;
    public static final int CONTENTS_FILE_DESCRIPTOR = 0x0001;
    
    public int describeContents();
    public void writeToParcel(Parcel dest, int flags);
    public interface Creator<T> {
        public T createFromParcel(Parcel source);
        public T[] newArray(int size);
    }
    public interface ClassLoaderCreator<T> extends Creator<T> {
        public T createFromParcel(Parcel source, ClassLoader loader);
    }
}

因此，Serial 跟 Serializable（Externalizable）的關(guān)鍵區(qū)別是性能，跟 Parcelable 的關(guān)鍵區(qū)別是能夠序列化到的介質(zhì)。

Serial 的特性

Android 應(yīng)用的流暢度是影響用戶體驗的關(guān)鍵性能指標之一，沒有用戶會喜歡使用起來卡頓的應(yīng)用。具體到 Twitter 的 Android 端應(yīng)用，經(jīng)過性能剖析，他們的開發(fā)者發(fā)現(xiàn)，使用標準的 Android Externalizable 接口實現(xiàn)的 Java 對象和數(shù)據(jù)庫之間的序列化和反序列化所花的時間占 UI 線程時間的 15% 左右，這使得 Twitter 時間軸滾動的流暢度受到對象序列化的嚴重影響。現(xiàn)有的對象序列化開源庫對對象的迭代式修改提供的支持有限，任何可能破壞對象序列化的修改都會引入難以定位的 bugs，修復(fù)起來也非常困難，除非清除數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。因此，Twitter 研發(fā)并于近期推出了 Serial，一個開源的基于 Java 平臺的輕量級對象序列化框架（同時支持 Android 平臺）。

Serial 解決了傳統(tǒng) Android 序列化函數(shù)庫的以下四大痛點：

• 性能：緩慢的序列化直接影響用戶體驗
• 可調(diào)試性：當(dāng)序列化后的數(shù)據(jù)中存在 bugs 時，調(diào)試信息不足以定位問題的原因
• 向后兼容性：在不完全清除序列化后數(shù)據(jù)的前提下，Android 提供的序列化函數(shù)庫幾乎不支持對序列化對象進行修改，這使得對象屬性的迭代升級變得困難
• 靈活性：序列化函數(shù)庫的使用應(yīng)該對現(xiàn)有代碼和模型類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)侵入性小

雖然現(xiàn)有的一些 Java 序列化函數(shù)庫像 Kryo 和 Flatbuffer 嘗試解決上面一些痛點，但這些函數(shù)庫重點在對性能和向后兼容性的支持上，通常忽略了對可調(diào)試性和靈活性的支持，例如為了在項目中使用這些函數(shù)庫，通常需要對現(xiàn)有代碼庫作較大的改動。

使用 Java 的 Externalizable 類實現(xiàn)序列化時，類相關(guān)信息例如類名和包名，會被添加進序列化后生成的二進制數(shù)據(jù)中。這樣，Java 平臺才能根據(jù)這些信息在反序列化時通過反射機制還原這個對象，但同時這是一個非常耗時的操作。為了解決這個問題，Serial 通過規(guī)范開發(fā)者為每個需要序列化的對象實現(xiàn) Serializer 內(nèi)部類，并明確列舉哪些屬性需要序列化和反序列化，從而摒棄了反射機制和動態(tài)查找的使用。

使用 Serial 對一個大對象進行序列化和反序列化測試，和 Externalizable 方式相比，初步的性能指標如下所示：

• 序列化速度提升 5 倍，反序列化速度提升 2.5 倍
• 序列化后生成的數(shù)據(jù)字節(jié)大小約等于原來的 1/5

Serial 的基本用法

Serial 的使用很簡單，首先我們?yōu)槊總€需要序列化的類定義一個 Serializer，它通常是以靜態(tài)內(nèi)部類的形式存在，并通過定義名為 SERIALIZER 的靜態(tài)變量來訪問它。Serializer 要求開發(fā)者顯式的對序列化類中的屬性進行讀寫，如果是原始數(shù)據(jù)類型，那么直接讀寫即可，如果是對象類型則遞歸調(diào)用該對象中定義的 Serializer 來讀寫。Serializer 在讀寫對象類型和字符串類型時能自動處理 null 對象。下面的例子中，我們在 ExampleObject 類中定義了一個繼承自 ObjectSerializer 的 Serializer 內(nèi)部類，并重寫 serializeObject 和 deserializeObject 方法分別實現(xiàn)自定義的序列化和反序列化。

public static class ExampleObject {

    // 序列化時會使用到這個靜態(tài)變量
    public static final ObjectSerializer<ExampleObject> SERIALIZER = new ExampleObjectSerializer();

    public final int num;
    public final SubObject obj;

    public ExampleObject(int num, @NotNull SubObject obj) {
        this.num = num;
        this.obj = obj;
    }

    ...

    private static final ExampleObjectSerializer extends ObjectSerializer<ExampleObject> {
        // 自定義序列化操作
        @Override
        protected void serializeObject(@NotNull SerializerOutput output,
                @NotNull ExampleObject object) throws IOException {
            output.writeInt(object.num)
                .writeObject(object.obj, SubObject.SERIALIZER);
        }

        // 自定義反序列化操作
        @Override
        @NotNull
        protected ExampleObject deserializeObject(@NotNull SerializerInput input,
                int versionNumber) throws IOException, ClassNotFoundException {
            final int num = input.readInt();
            final SubObject obj = input.readObject(SubObject.SERIALIZER);
            return new ExampleObject(num, obj);
        }
    }
}

上面這個例子 ExampleObject 是通過構(gòu)造方法初始化的，但有的時候，我們會使用 Builder 模式來實例化一個類（詳情可以參見《Android 高級進階》一書的《Builder 模式詳解》一節(jié)）；又或者在 Serial 中要實現(xiàn)對象的迭代式修改，這時候我們的 Serializer 類就不能繼承 ObjectSerializer，而應(yīng)該繼承 BuilderSerializer 類，并重寫 createBuilder，serializeObject 和 deserializeToBuilder 這三個方法。

public static class ExampleObject {
    ...

    public ExampleObject(@NotNull Builder builder) {
        this.num = builder.mNum;
        this.obj = builder.mObj;
    }

    ...

    public static Builder extends ModelBuilder<ExampleObject> {
        ...
    }

    private static final ExampleObjectSerializer extends BuilderSerializer<ExampleObject, Builder> {
        @Override
        @NotNull
        protected Builder createBuilder() {
            return new Builder();
        }

        @Override
        protected void serializeObject(@NotNull SerializerOutput output,
                @NotNull ExampleObject object) throws IOException {
            output.writeInt(object.num)
                .writeObject(object.obj, SubObject.SERIALIZER);
        }

         @Override
        protected void deserializeToBuilder(@NotNull SerializerInput input,
                @NotNull Builder builder, int versionNumber) throws IOException, ClassNotFoundException {
            builder.setNum(input.readInt())
                .setObj(input.readObject(SubObject.SERIALIZER));
        }
    }
}