关于序列化与反序列化MessagePack的实践 | 京东云技术团队

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1.什么是序列化与反序列化？

聊到序列化与反序列化，先看看这个这个是什么或者是干嘛的

关于序列化与反序列化MessagePack的实践 | 京东云技术团队

定义：序列化是指把对象转换为字节序列的过程；反序列化是指把字节序列恢复为对象的过程；

一般都会知道有两个目的：对象持久化和网络传输。

  1. 对象持久化。实现了数据的持久化，通过序列化可以把数据永久的保存在硬盘上；
  2. 网络传输。我们知道网络传输的是字节序列，那么利用序列化实现远程通信，即在网络上传递对象的字节序列。 （序列化与反序列化则实现了 进程通信间的对象传送，发送方需要把这个Java对象转换为字节序列，才能在网络上传送；接收方则需要把字节序列再恢复为Java对象）

总结：序列化的目的是将对象变成字节序列，这样一来方便持久化存储到磁盘，避免程序运行结束后对象就从内存里消失，另外字节序列也更便于网络运输和传播

2.选择序列化技术有哪些维度

这里并不是说哪个是最好，只能说是各有千秋，所以面对不同的背景采用不同的技术方案。

在同等情况下，编码后的字节数组越大，存储占空间，存储硬件成本高，网络传输时也占带宽，导致系统的吞吐量降低。

  1. 开发工作量和难度。工作量越少越好对吧，发挥的价值最大。
  2. 性能：需要考虑性能需求，序列化的速度和性能越高越好。
  3. 是否支持跨语言，支持的语言种类是否丰富。
  4. 安全性：对于安全性的需要考量。JDK序列化可能有卡死线程的漏洞。
  5. 占用空间大小：序列化的结果所占用的空间大小，序列化后的字节数据通常会持久化到硬盘（占用存储资源）或者在网络上传输给其他服务器（占用带宽资源），这个指标当然是越小越好。
  6. 可维护性：技术流行程序，越流行的技术可维护性就越高，维护成本会越低。

3.为什么采用字节序列MessagePack，有什么依据？

这个要结合当时的项目背景了。当时的项目痛点是：

  1. 老项目的结构调整比较大，交易性能上不去，所以先采取细节方面的优化。MessagePack是满足性能要求。
  2. 老系统业务变化不多，MessagePack是满足要求。
  3. 序列化反序列化效率高（比json快一倍），文件体积小，比json小一倍。MessagePack是满足要求

所以，存在MessagePack也有不好的地方，如果是针对业务变化比较多，那就不适合，需要比较不同的版本，然后选择不同版本去解析。

我在京东內部文章有看到，引用的MessagePack反序列化出现了一些线上的问题，原因是：新增了一些字段导致反序列化失败。

这里对比了JDK(不支持跨语言)，JSON，Protobuf，MessagePack几种序列化的方式。

当然，还有其他的XML、Hessian、Kryo（不支持跨语言）、FST（不支持跨语言）Thrift等。

4.JDK序列化

JDK序列化是Java默认自带的序列化方式。在Java中，一个对象要想实现序列化，实现Serializable接口或者Externalizable接口即可。其中Externalizable接口继承自Serializable接口。

public class Person implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String name = null;
    private Integer age = null;
    private SerializeDemo01.Sex sex;
    //....
}

serialVersionUID版本控制的作用

  1. 序列化的时候serialVersionUID也会被写入二进制序列
  2. 反序列化时会检查serialVersionUID是否和当前类的serialVersionUID一致。不一致则会抛出InvalidClassException 异常（序列化之后给类增加字段再反序列化的时候就会报错）

serialVersionUID必须保证实体类在序列化前后严格一致，否则将会导致无法反序列化。

JDK默认的序列化机制。需要实现java.io.Serializable接口

  1. 序列化后的码流太大：jdk序列化机制编码后的二进制数组大小竟然是二进制编码的5.29倍。
  2. 不支持跨语言平台调用， 性能较差（序列化后字节数组体积大）
  3. 序列化性能太低：java序列化的性能只有二进制编码的6.17%左右，Java原生序列化的性能实在太差。

JDK默认的序列化机制很差。所以我们通常不会选择Java默认序列化这种

5.JSON序列化

json格式也是常见的一种，但是在json在解析的时候非常耗时，而且json结构非常占内存。JSON不适合存数字，特别是DOUBLE

这里基于Fastjson ，加载maven依赖

<dependency>
    <groupId>com.alibaba</groupId>
    <artifactId>fastjson</artifactId>
    <version>1.2.70</version>
</dependency>

序列化对象

利用JSON.toJSONString方法序列化对象：

UserVO user = ...;String text = JSON.toJSONString(user);

序列化数组

利用JSON.toJSONString方法序列化数组：

UserVO[] users = ...;String text = JSON.toJSONString(users);

序列化集合

利用JSON.toJSONString方法序列化集合（继承至Collection，比如List、Set等集合）：

List<UserVO> userList = ...;String text = JSON.toJSONString(userList);

序列化映射

利用JSON.toJSONString方法序列化映射：

Map<Long, UserVO> userMap = ...;String text = JSON.toJSONString(userMap, SerializerFeature.MapSortField);

其中，为了保证每次序列化的映射字符串一致，需要指定序列化参数MapSortField进行排序。

序列化模板对象

利用JSON.toJSONString方法序列化模板对象：

Result<UserVO> result = ...;String text = JSON.toJSONString(result);

代码

package com.nateshao.source.code.serializable.json_Serializable.serializable;

import com.alibaba.fastjson.annotation.JSONField;
/**
 * @date Created by 邵桐杰 on 2023/2/25 17:11
 * @微信公众号 千羽的编程时光
 * @博客 https://nateshao.gitlab.io
 * @GitHub https://github.com/nateshao
 * Description:
 */
public class User {
    /**
     * @JSONField 作用：自定义对象属性所对应的 JSON 键名
     * @JSONField 的作用对象:
     * 1. Field
     * 2. Setter 和 Getter 方法
     * 注意：
     * 1. 若属性是私有的，必须要有 set 方法，否则反序列化会失败。
     * 2. 若没有 @JSONField 注解，则直接使用属性名。
     */
    @JSONField(name = "NAME")
    private String name;
    @JSONField(name = "AGE")
    private int age;

    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

序列化ObjectTest

package com.nateshao.source.code.serializable.json_Serializable.serializable;

import com.alibaba.fastjson.JSON;
import org.junit.jupiter.api.BeforeAll;
import org.junit.jupiter.api.DisplayName;
import org.junit.jupiter.api.Test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

/**
 * @date Created by 邵桐杰 on 2023/2/25 17:12
 * @微信公众号 千羽的编程时光
 * @博客 https://nateshao.gitlab.io
 * @GitHub https://github.com/nateshao
 * Description:
 */
public class ObjectTest {
    private static List<User> userList = new ArrayList<User>();

    @BeforeAll
    public static void setUp() {
        userList.add(new User("千羽", 18));
        userList.add(new User("千寻", 19));
    }

    @DisplayName("序列化对象")
    @Test
    public void testObjectToJson() {
        String userJson = JSON.toJSONString(userList.get(0));
        System.out.println(userJson);  // {"AGE":18,"NAME":"千羽"}
    }

    @DisplayName("序列化集合")
    @Test
    public void testListToJson() {
        String userListJson = JSON.toJSONString(userList);
        System.out.println(userListJson);  // [{"AGE":18,"NAME":"千羽"},{"AGE":19,"NAME":"千寻"}]
    }

    @DisplayName("序列化数组")
    @Test
    public void testArrayToJson() {
        User[] userArray = new User[5];
        userArray[0] = new User("zhangsan", 20);
        userArray[1] = new User("lisi", 21);
        String userArrayJson = JSON.toJSONString(userArray);
        System.out.println(userArrayJson);  // [{"AGE":20,"NAME":"zhangsan"},{"AGE":21,"NAME":"lisi"},null,null,null]
    }

    @DisplayName("序列化映射")
    @Test
    public void testMapToJson() {
        Map<Integer, User> userMap = new HashMap<Integer, User>();
        userMap.put(1, new User("xiaotie", 10));
        userMap.put(2, new User("xiaoliu", 11));
        String userMapJson = JSON.toJSONString(userMap);
        System.out.println(userMapJson);  // {1:{"AGE":10,"NAME":"xiaotie"},2:{"AGE":11,"NAME":"xiaoliu"}}
    }
}

反序列化UN_ObjectTest

package com.nateshao.source.code.serializable.json_Serializable.un_serializable;

import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.alibaba.fastjson.TypeReference;
import org.junit.jupiter.api.DisplayName;
import org.junit.jupiter.api.Test;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

/**
 * @date Created by 邵桐杰 on 2023/2/25 17:16
 * @微信公众号 千羽的编程时光
 * @博客 https://nateshao.gitlab.io
 * @GitHub https://github.com/nateshao
 * Description:
 */
public class UN_ObjectTest {
    @DisplayName("反序列化对象")
    @Test
    public void testJsonToObject() {
        String text = "{"age":18,"name":"千羽"}";
        User user = JSON.parseObject(text, User.class);
        System.out.println(user);  // User{name='千羽', age=18}
    }

    @DisplayName("反序列化数组")
    @Test
    public void testJsonToArray() {
        String text = "[{"age":18,"name":"千羽"}, {"age":19,"name":"千寻"}]";
        User[] users = JSON.parseObject(text, User[].class);
        System.out.println(Arrays.toString(users));  // [User{name='千羽', age=18}, User{name='千寻', age=19}]
    }

    @DisplayName("反序列化集合")
    @Test
    public void testJsonToCollection() {
        String text = "[{"age":18,"name":"千羽"}, {"age":19,"name":"千寻"}]";
        // List 集合
        List<User> userList = JSON.parseArray(text, User.class);
        System.out.println(Arrays.toString(userList.toArray()));  // [User{name='千羽', age=18}, User{name='千寻', age=19}]
        // Set 集合
        Set<User> userSet = JSON.parseObject(text, new TypeReference<Set<User>>() {
        });
        System.out.println(Arrays.toString(userSet.toArray()));  // [User{name='千寻', age=19}, User{name='千羽', age=18}]
    }

    @DisplayName("反序列化映射")
    @Test
    public void testJsonToMap() {
        String text = "{1:{"age":18,"name":"千羽"}, 2:{"age":19,"name":"千寻"}}";
        Map<Integer, User> userList = JSON.parseObject(text, new TypeReference<Map<Integer, User>>() {
        });
        for (Integer i : userList.keySet()) {
            System.out.println(userList.get(i));
        }
        /*
            User{name='千羽', age=18}
            User{name='千寻', age=19}
         */
    }
}

json序列化总结

  • 好处

    1. 简单易用开发成本低
    2. 跨语言
    3. 轻量级数据交换
    4. 非冗长性（对比xml标签简单括号闭环）

  • 缺点

    1. 体积大，影响高并发
    2. 无版本检查，自己做兼容
    3. 片段的创建和验证过程比一般的XML复杂
    4. 缺乏命名空间导致信息混合

6.Protobuf

Protobuf是谷歌推出的，是一种语言无关、平台无关、可扩展的序列化结构数据的方法，它可用于通信协议、数据存储等。序列化后体积小，一般用于对传输性能有较高要求的系统。前期需要额外配置环境变量，学习他的语法也是需要时间。

但是要使用Protobuf会相对来说麻烦一些，因为他有自己的语法，有自己的编译器，如果需要用到的话必须要去投入成本在这个技术的学习中。

Protobuf有个缺点就是传输的每一个类的结构都要生成相对应的proto文件，如果某个类发生修改，还要重新生成该类对应的proto文件。另外，Protobuf对象冗余，字段很多，生成的类较大，占用空间。维护成本较高。

// 声明语法，不显示声明默认是2.0的语法。
syntax = "proto3";
// 指定模板类的包路径
option java_package = "com.test.basic.java.serialize.proto.dto";
// 指定模板类的名称，名称必须是有实际业务意义的
option java_outer_classname = "UserProto";

// 定义用户对象
message User {
  // 名字
  string name = 1;
  // 年龄
  int32 age = 2;
}
// 声明语法，不显示声明默认是2.0的语法。
syntax = "proto3";
// 指定模板类的包路径
option java_package = "com\nateshao\source\code\serializable\protobuf_Serializable\User.proto";
// 指定模板类的名称，名称必须是有实际业务意义的
option java_outer_classname = "UserProto";

// 定义用户对象
message User {
  // 名字
  string name = 1;
  // 年龄
  int32 age = 2;
}

7.MessagePack（推荐）

关于序列化与反序列化MessagePack的实践 | 京东云技术团队

  1. 序列化反序列化效率高（比json快一倍），文件体积小，比json小一倍。
  2. 兼容json数据格式
  3. 跨语言，多语言支持(超多)

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不好的地方：

  1. 缺乏复杂模型支持。msgpack对复杂的数据类型（List、Map）支持的不够，序列化没有问题，但是反序列化回来就很麻烦，尤其是对于java开发人员。
  2. 维护成本较高。msgpack通过value的顺序来定位属性的，需要在不同的语言中都要维护同样的模型以及模型中属性的顺序。
  3. 不支持模型嵌套。msgpack无法支持在模型中包含和嵌套其他自定义的模型（如weibo模型中包含comment的列表）。

上手

通过配置msgpack的maven依赖

<dependency>
    <groupId>org.msgpack</groupId>
    <artifactId>msgpack</artifactId>
    <version>0.6.12</version>
</dependency>

封装MsgPackTemplate抽象类，对原有msgpack进行二次加工，比如int，Short，Byte，BigDecimal进行read和write处理

MsgPackTemplate.java

package com.nateshao.source.code.serializable.msgpack_Serializable;

import java.io.IOException;
import java.math.BigDecimal;
import java.util.Date;

import org.msgpack.packer.Packer;
import org.msgpack.template.CharacterTemplate;
import org.msgpack.template.Template;
import org.msgpack.unpacker.Unpacker;
/**
 * @date Created by 邵桐杰 on 2023/2/25 23:11
 * @微信公众号 千羽的编程时光
 * @博客 https://nateshao.gitlab.io
 * @GitHub https://github.com/nateshao
 * Description:
 */
public abstract class MsgPackTemplate <T> implements Template<T> {

    public void write(Packer pk, T v) throws IOException {
        write(pk, v, false);
    }

    public T read(Unpacker u, T to) throws IOException {
        return read(u, to, false);
    }

    public BigDecimal readBigDecimal(Unpacker u) throws IOException {
        if (u.trySkipNil()) {
            return null;
        }

        String temp = u.readString();
        if (temp != null) {
            return new BigDecimal(temp);
        }
        return null;
    }

    public Date readDate(Unpacker u) throws IOException {
        if (u.trySkipNil()) {
            return null;
        }

        long temp = u.readLong();
        if (temp > 0) {
            return new Date(temp);
        }
        return null;
    }

    public String readString(Unpacker u) throws IOException {
        if (u.trySkipNil()) {
            return null;
        }
        return u.readString();
    }

    public Integer readInteger(Unpacker u) throws IOException {
        if (u.trySkipNil()) {
            return null;
        }
        return u.readInt();
    }

    public Byte readByte(Unpacker u) throws IOException {
        if (u.trySkipNil()) {
            return null;
        }
        return u.readByte();
    }

    public Short readShort(Unpacker u) throws IOException {
        if (u.trySkipNil()) {
            return null;
        }
        return u.readShort();
    }

    public Float readFloat(Unpacker u) throws IOException {
        if (u.trySkipNil()) {
            return null;
        }
        return u.readFloat();
    }

    public Double readDouble(Unpacker u) throws IOException {
        if (u.trySkipNil()) {
            return null;
        }
        return u.readDouble();
    }

    public Character readCharacter(Unpacker u) throws IOException {
        if (u.trySkipNil()) {
            return null;
        }
        return u.read(CharacterTemplate.getInstance());

    }

    public Long readLong(Unpacker u) throws IOException {
        if (u.trySkipNil()) {
            return null;
        }
        return u.readLong();
    }

    public Boolean readBoolean(Unpacker u) throws IOException {
        if (u.trySkipNil()) {
            return null;
        }
        return u.readBoolean();
    }




    public void writeBigDecimal(Packer pk, BigDecimal v) throws IOException {
        if (v == null) {
            pk.writeNil();
        } else {
            pk.write(v.toString());
        }
    }

    public void writeDate(Packer pk, Date v) throws IOException {
        if (v == null) {
            pk.writeNil();
        } else {
            pk.write(v.getTime());
        }
    }

    public void writeString(Packer pk, String v) throws IOException {
        if (v == null) {
            pk.writeNil();
        } else {
            pk.write(v);
        }
    }

    public void writeInt(Packer pk, int v) throws IOException {
        pk.write(v);
    }

    public void writeInteger(Packer pk, Integer v) throws IOException {
        if (v == null) {
            pk.writeNil();
        } else {
            pk.write(v.intValue());
        }
    }

    public void writeByte(Packer pk, Byte v) throws IOException {
        if (v == null) {
            pk.writeNil();
        } else {
            pk.write(v.byteValue());
        }
    }

    public void writeShort(Packer pk, Short v) throws IOException {
        if (v == null) {
            pk.writeNil();
        } else {
            pk.write(v.shortValue());
        }
    }

    public void writeFloat(Packer pk, Float v) throws IOException {
        if (v == null) {
            pk.writeNil();
        } else {
            pk.write(v.floatValue());
        }
    }

    public void writeDouble(Packer pk, Double v) throws IOException {
        if (v == null) {
            pk.writeNil();
        } else {
            pk.write(v.doubleValue());
        }
    }

    public void writeCharacter(Packer pk, Character v) throws IOException {
        if (v == null) {
            pk.writeNil();
        } else {
            pk.write(v.charValue());
        }

    }

    public void writeLong(Packer pk, Long v) throws IOException {
        if (v == null) {
            pk.writeNil();
        } else {
            pk.write(v.longValue());
        }
    }

    public void writeLong(Packer pk, long v) throws IOException {
        pk.write(v);
    }

    public void writeBoolean(Packer pk, Boolean v) throws IOException {
        if (v == null) {
            pk.writeNil();
        } else {
            pk.write(v.booleanValue());
        }
    }
}

然后针对实体类进行读和写的序列化与反序列化操作。

User.java

package com.nateshao.source.code.serializable.msgpack_Serializable;
@Data
@ToString
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class User {
    private static final long serialVersionUID = 4719921525393585541L;
    protected String id;
    private String userID;
    private String type;
    private BigDecimal rate;
    private Date createTime;
    private Date UpdateTime;
}

UserTemplate.java

package com.nateshao.source.code.serializable.msgpack_Serializable;

import org.msgpack.packer.Packer;
import org.msgpack.unpacker.Unpacker;

import java.io.IOException;

/**
 * protected String id;
 * private String userID;
 * private String type;
 * private BigDecimal rate;
 * private Date createTime;
 * private Date UpdateTime;
 */
public class UserTemplate extends MsgPackTemplate<User> {
    public void write(Packer packer, User user, boolean b) throws IOException {
        if (user == null) {
            packer.write(user);
            return;
        }
        // 字段保持一致
        writeString(packer, user.id);
        writeString(packer, user.getUserID());
        writeString(packer, user.getType());
        writeBigDecimal(packer, user.getRate());
        writeDate(packer, user.getCreateTime());
        writeDate(packer, user.getUpdateTime());

    }

    public User read(Unpacker unpacker, User user, boolean req) throws IOException {
        if (!req && unpacker.trySkipNil()) {
            return null;
        }
        if (unpacker == null) return new User();
        user.setId(readString(unpacker));
        user.setUserID(readString(unpacker));
        user.setType(readString(unpacker));
        user.setRate(readBigDecimal(unpacker));
        user.setCreateTime(readDate(unpacker));
        user.setUpdateTime(readDate(unpacker));
        return user;
    }
}

参考文献：

  1. https://blog.csdn.net/wzngzaixiaomantou/article/details/123031809
  2. https://blog.csdn.net/weixin_44299027/article/details/129050484
  3. https://www.cnblogs.com/juno3550/p/15431623.html
  4. Protobuf：https://blog.csdn.net/wxw1997a/article/details/116755542

作者：京东零售 邵桐杰

来源：京东云开发者社区

后端程序人生
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3年前
javaBean为什么要implements Serializable
一个对象序列化的接口，一个类只有实现了Serializable接口，它的对象才是可序列化的。因此如果要序列化某些类的对象，这些类就必须实现Serializable接口。而实际上，Serializable是一个空接口，没有什么具体内容，它的目的只是简单的标识一个类的对象可以被序列化。    什么情况下需要序列化：    1.     当
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Wesley13 Wesley13
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3年前
unity 序列化和反序列化
什么是序列化和反序列化（1）序列化是指把对象转换为字节序列的过程，而反序列化是指把字节序列恢复为对象的过程；. (2）序列化：对象序列化的最主要的用处就是在传递和保存对象的时候，保证对象的完整性和可传递性。序列化是把对象转换成有序字节流，以便在网络上传输或者保存在本地文件中。序列化后的字节流保存了对象的状态以及相关的描述信息。序列化机制
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Stella981 Stella981
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3年前
Android Serializable与Parcelable原理与区别
一、序列化、反序列化是什么？(1)名词解释对象的序列化:把Java(https://www.oschina.net/action/GoToLink?urlhttp%3A%2F%2Fwww.2cto.com%2Fkf%2Fware%2FJava%2F)对象转换为字节序列并存储至一个储存媒介的过
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Wesley13 Wesley13
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3年前
Java序列化——transient关键字和Externalizable接口
  提到Java序列化，相信大家都不陌生。我们在序列化的时候，需要将被序列化的类实现Serializable接口，这样的类在序列化时，会默认将所有的字段都序列化。那么当我们在序列化Java对象时，如果不希望对象中某些字段被序列化（如密码字段），怎么实现呢？看一个例子：import java.io.Serializable;imp
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Wesley13 Wesley13
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3年前
Java序列化技术即将被废除！！！
我们的对象并不只是存在内存中，还需要传输网络，或者保存起来下次再加载出来用，所以需要Java序列化技术。Java序列化技术正是将对象转变成一串由二进制字节组成的数组，可以通过将二进制数据保存到磁盘或者传输网络，磁盘或者网络接收者可以在对象的属类的模板上来反序列化类的对象，达到对象持久化的目的。如果你还不熟悉Java序列化技术，请详细阅读《关于Jav
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Stella981 Stella981
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3年前
FastJson 反序列化注意事项
问题描述使用fastJson对json字符串进行反序列化时，有几个点需要注意一下：反序列化内部类反序列化模板类0\.Getter/Setter问题如我们希望返回的一个json串为"name":"name","isDeleted":true,"isEmpty":1
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Wesley13 Wesley13
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3年前
unity将 -u4E00 这种 编码 转汉字 方法
 unity中直接使用 JsonMapper.ToJson(对象)，取到的字符串，里面汉字可能是\\u4E00类似这种其实也不用转，服务器会通过类似fastjson发序列化的方式，将json转对象，获取对象的值就是中文但是有时服务器要求将传参中字符串中类似\\u4E00这种转汉字，就需要下面 publ
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Wesley13 Wesley13
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3年前
Java并发编程：Java 序列化的工作机制
JDK内置同步器的实现类经常会看到java.io.Serializable接口，这个接口即是Java序列化操作，这样看来序列化也是同步器的一种机制。 关于序列化本文主要分析Java中的序列化机制，并看看AQS同步器的序列化，掌握序列化机制才能完整理解JDK内置的同步工具的实现。在程序中为了能直接以Java对象的形式进行保存，然后再
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Stella981 Stella981
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3年前
Protostuff一键序列化工具、Protobuf JAVA实现
前言：由于搜集网络，发现Protostuff相关内容较少，故此发布这篇文章1. 何为序列化序列化 (Serialization)将对象的状态信息转换为可以存储或传输的形式的过程。在序列化期间，对象将其当前状态写入到临时或持久性存储区。以后，可以通过从存储区中读取或反序列化对象的状态，重新创建该对象。序列化使其他代码可以查看或修改
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京东云开发者
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