Java教程
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Java 二进制序列化库

简介

为什么需要二进制序列化库

原因很简单,就是 Java 默认的序列化机制(ObjectInputStreamObjectOutputStream)具有很多缺点。
不了解 Java 默认的序列化机制,可以参考:Java 序列化
Java 自身的序列化方式具有以下缺点:
  • 无法跨语言使用 。这点最为致命,对于很多需要跨语言通信的异构系统来说,不能跨语言序列化,即意味着完全无法通信(彼此数据不能识别,当然无法交互了)。
  • 序列化的性能不高。序列化后的数据体积较大,这大大影响存储和传输的效率。
  • 序列化一定需要实现 Serializable 接口。
  • 需要关注 serialVersionUID
引入二进制序列化库就是为了解决这些问题,这在 RPC 应用中尤为常见。

主流序列化库简介

Protobuf

Protobuf 是 Google 开发的结构序列化库。
它具有以下特性:
  • 结构化数据存储格式(xml,json 等)
  • 高性能编解码技术
  • 语言和平台无关,扩展性好
  • 支持 Java, C++, Python 三种语言

Thrift

Thrift 是 apache 开源项目,是一个点对点的 RPC 实现。
它具有以下特性:
  • 支持多种语言(目前支持 28 种语言,如:C++、go、Java、Php、Python、Ruby 等等)。
  • 使用了组建大型数据交换及存储工具,对于大型系统中的内部数据传输,相对于 Json 和 xml 在性能上和传输大小上都有明显的优势。
  • 支持三种比较典型的编码方式(通用二进制编码,压缩二进制编码,优化的可选字段压缩编解码)。

Hessian

Hessian 是一种二进制传输协议。
RPC 框架 Dubbo 就支持 Thrift 和 Hession。
它具有以下特性:
  • 支持多种语言。如:Java、Python、C++、C#、PHP、Ruby 等。
  • 相对其他二进制序列化库较慢。

Kryo

Kryo 是用于 Java 的快速高效的二进制对象图序列化框架。Kryo 还可以执行自动的深拷贝和浅拷贝。 这是从对象到对象的直接复制,而不是从对象到字节的复制。
它具有以下特性:
  • 速度快,序列化体积小
  • 官方不支持 Java 以外的其他语言

FST

FST 是一个 Java 实现二进制序列化库。
它具有以下特性:
  • 近乎于 100% 兼容 JDK 序列化,且比 JDK 原序列化方式快 10 倍
  • 2.17 开始与 Android 兼容
  • (可选)2.29 开始支持将任何可序列化的对象图编码/解码为 JSON(包括共享引用)

小结

了解了以上这些常见的二进制序列化库的特性。在技术选型时,我们就可以做到有的放矢。
(1)选型参考依据
对于二进制序列化库,我们的选型考量一般有以下几点:
  • 是否支持跨语言
    • 根据业务实际需求来决定。一般来说,支持跨语言,为了兼容,使用复杂度上一般会更高一些。
  • 序列化、反序列化的性能
  • 类库是否轻量化,API 是否简单易懂
(2)选型建议
  • 如果需要跨语言通信,那么可以考虑:Protobuf、Thrift、Hession。
    • thriftprotobuf - 适用于对性能敏感,对开发体验要求不高的内部系统。
    • hessian - 适用于对开发体验敏感,性能有要求的内外部系统。
  • 如果不需要跨语言通信,可以考虑:KryoFST,性能不错,且 API 十分简单。

FST 应用

引入依赖

<dependency>
<groupId>de.ruedigermoeller</groupId>
<artifactId>fst</artifactId>
<version>2.56</version>
</dependency>

FST API

示例:
import org.nustaq.serialization.FSTConfiguration;
import java.io.IOException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Base64;
public class FstDemo {
private static FSTConfiguration DEFAULT_CONFIG = FSTConfiguration.createDefaultConfiguration();
/**
* 将对象序列化为 byte 数组
*
* @param obj 任意对象
* @param <T> 对象的类型
* @return 序列化后的 byte 数组
*/
public static <T> byte[] writeToBytes(T obj) {
return DEFAULT_CONFIG.asByteArray(obj);
}
/**
* 将对象序列化为 byte 数组后,再使用 Base64 编码
*
* @param obj 任意对象
* @param <T> 对象的类型
* @return 序列化后的字符串
*/
public static <T> String writeToString(T obj) {
byte[] bytes = writeToBytes(obj);
return new String(Base64.getEncoder().encode(bytes), StandardCharsets.UTF_8);
}
/**
* 将 byte 数组反序列化为原对象
*
* @param bytes {@link #writeToBytes} 方法序列化后的 byte 数组
* @param clazz 原对象的类型
* @param <T> 原对象的类型
* @return 原对象
*/
public static <T> T readFromBytes(byte[] bytes, Class<T> clazz) throws IOException {
Object obj = DEFAULT_CONFIG.asObject(bytes);
if (clazz.isInstance(obj)) {
return (T) obj;
} else {
throw new IOException("derialize failed");
}
}
/**
* 将字符串反序列化为原对象,先使用 Base64 解码
*
* @param str {@link #writeToString} 方法序列化后的字符串
* @param clazz 原对象的类型
* @param <T> 原对象的类型
* @return 原对象
*/
public static <T> T readFromString(String str, Class<T> clazz) throws IOException {
byte[] bytes = str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
return readFromBytes(Base64.getDecoder().decode(bytes), clazz);
}
}
测试:
long begin = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < BATCH_SIZE; i++) {
TestBean oldBean = BeanUtils.initJdk8Bean();
byte[] bytes = FstDemo.writeToBytes(oldBean);
TestBean newBean = FstDemo.readFromBytes(bytes, TestBean.class);
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.printf("FST 序列化/反序列化耗时:%s", (end - begin));

Kryo 应用

引入依赖

<dependency>
<groupId>com.esotericsoftware</groupId>
<artifactId>kryo</artifactId>
<version>5.0.0-RC4</version>
</dependency>

Kryo API

示例:
import com.esotericsoftware.kryo.Kryo;
import com.esotericsoftware.kryo.io.Input;
import com.esotericsoftware.kryo.io.Output;
import com.esotericsoftware.kryo.util.DefaultInstantiatorStrategy;
import org.objenesis.strategy.StdInstantiatorStrategy;
import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Base64;
public class KryoDemo {
// 每个线程的 Kryo 实例
private static final ThreadLocal<Kryo> kryoLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> {
Kryo kryo = new Kryo();
/**
* 不要轻易改变这里的配置!更改之后,序列化的格式就会发生变化,
* 上线的同时就必须清除 Redis 里的所有缓存,
* 否则那些缓存再回来反序列化的时候,就会报错
*/
//支持对象循环引用(否则会栈溢出)
kryo.setReferences(true); //默认值就是 true,添加此行的目的是为了提醒维护者,不要改变这个配置
//不强制要求注册类(注册行为无法保证多个 JVM 内同一个类的注册编号相同;而且业务系统中大量的 Class 也难以一一注册)
kryo.setRegistrationRequired(false); //默认值就是 false,添加此行的目的是为了提醒维护者,不要改变这个配置
//Fix the NPE bug when deserializing Collections.
((DefaultInstantiatorStrategy) kryo.getInstantiatorStrategy())
.setFallbackInstantiatorStrategy(new StdInstantiatorStrategy());
return kryo;
});
/**
* 获得当前线程的 Kryo 实例
*
* @return 当前线程的 Kryo 实例
*/
public static Kryo getInstance() {
return kryoLocal.get();
}
/**
* 将对象序列化为 byte 数组
*
* @param obj 任意对象
* @param <T> 对象的类型
* @return 序列化后的 byte 数组
*/
public static <T> byte[] writeToBytes(T obj) {
ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
Output output = new Output(byteArrayOutputStream);
Kryo kryo = getInstance();
kryo.writeObject(output, obj);
output.flush();
return byteArrayOutputStream.toByteArray();
}
/**
* 将对象序列化为 byte 数组后,再使用 Base64 编码
*
* @param obj 任意对象
* @param <T> 对象的类型
* @return 序列化后的字符串
*/
public static <T> String writeToString(T obj) {
byte[] bytes = writeToBytes(obj);
return new String(Base64.getEncoder().encode(bytes), StandardCharsets.UTF_8);
}
/**
* 将 byte 数组反序列化为原对象
*
* @param bytes {@link #writeToBytes} 方法序列化后的 byte 数组
* @param clazz 原对象的类型
* @param <T> 原对象的类型
* @return 原对象
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public static <T> T readFromBytes(byte[] bytes, Class<T> clazz) {
ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(bytes);
Input input = new Input(byteArrayInputStream);
Kryo kryo = getInstance();
return (T) kryo.readObject(input, clazz);
}
/**
* 将字符串反序列化为原对象,先使用 Base64 解码
*
* @param str {@link #writeToString} 方法序列化后的字符串
* @param clazz 原对象的类型
* @param <T> 原对象的类型
* @return 原对象
*/
public static <T> T readFromString(String str, Class<T> clazz) {
byte[] bytes = str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
return readFromBytes(Base64.getDecoder().decode(bytes), clazz);
}
}
测试:
long begin = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < BATCH_SIZE; i++) {
TestBean oldBean = BeanUtils.initJdk8Bean();
byte[] bytes = KryoDemo.writeToBytes(oldBean);
TestBean newBean = KryoDemo.readFromBytes(bytes, TestBean.class);
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.printf("Kryo 序列化/反序列化耗时:%s", (end - begin));

参考资料

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FST 应用
引入依赖
FST API
Kryo 应用
引入依赖
Kryo API
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