淺析.NET中的Serialization(zhuan)

出處：PConline
責任編輯：ycx

[03-5-29 10:27]
作者：sam1111/ASPCool

摘要 本文簡要介紹了.NET中的序列化（Serialization）概念，以及在代碼中實作Serialization的方法。文章的最後介紹了Serialization在Clone方法中的運用。

Serialization的概念
Serialization是.NET中一種實現對象持久性（Persistent）的機制。它是一個將對象中的資料轉換成一個單一元素（通常是Stream）的過程。它的逆過程是Deserialization。Serialization的核心概念是將一個對象的所有資料看作一個獨立的單元。
一般說來，在兩種情況下非常需要Serialization：1）當我們希望能夠將對象當前的狀態完整地儲存到儲存介質中，以便我們以後能夠精確地還原對象時；2）當我們希望將對象從一個應用程式空間（Application domain）傳遞到另一個應用程式空間時。例如，Windows Form程式就是利用Serialization機制來實現剪貼簿的copy & paste的。
.NET Framework支援兩種類型的Serialization：Shallow Serialization和Deep Serialization。
所謂Shallow Serialization是將對象的可讀寫（read-write）屬性的值轉換成位元組流，而對象內部的資料（沒有通過read-write屬性暴露出來的資料）則不被轉換。XmlSerializer以及Web Services就使用這種技術。
Deep Serialization比Shallow Serialization更加徹底，因為它是將儲存在對象私人變數裡的實際值拷貝到位元組流裡。而且Deep Serialization還將serialize整個object graph。也就是說，如果你的對象持有其他對象的引用，或者其他對象引用的集合，那麼所有這些對象都將被Serialize。BinaryFormatter和SoapFormatter以及.NET Remoting都使用Deep Serialization技術，它甚至被有限地用於LosFormatter來產生儲存在Web Form頁中的狀態資料。
本文將著重於Deep Serialization。
Serialization的過程
.NET Framework通過Reflection提供自動Serialization的機制。當一個對象被序列化（Serialized）的時候，它的類名，Assembly，以及類執行個體的所有資料成員都將被寫入儲存介質中。Serialization引擎保持對所有已經被序列化的對象引用的追蹤，以確保相同的對象引用最多隻被序列化一次。
通常，一個Serialization過程會由formatter（例如BinaryFormatter）的Serialize方法引發。對象的Serialization過程按照以下規則進行：
1、 檢測以確保formatter是否擁有一個代理選取器（surrogate selector）。如果有，檢查代理選取器是否持有給定的物件類型。如果有，ISerializable.GetObjectData被調用。
2、 如果formatter沒有代理選取器，或者代理選取器沒有物件類型，檢查對象是否被用Serializable屬性標記。如果沒有，則拋出SerializationException異常。
3、 如果對象被標記為Serializable，檢查對象是否實現了ISerializable介面。如果實現了此介面，則GetObjectData被調用。
4、 如果對象沒有實現ISerializable介面，則使用預設的序列化策略，來序列化沒有用NonSerialized屬性標記的域。

使你的class能夠被序列化
通過上面對Serialization過程的分析，我們可以看出，有兩種方式可以使一個class能夠被序列化：1）將此class簡單地標記為Serializable；2）為此class實現ISerializable介面，並將此class標記為Serializable。
1、 標記Serializable屬性
標記Serializable屬性的方式是實現Serialization的基本方法。舉個簡單的例子：
[Serializable]
public class Person
{
public string name = null;
public int age = 0;
}
你可以使用BinaryFormatter來將上面的class序列化：
Person sam = new Person();
sam.name = "sam";
sam.age = 24;
IFormatter formatter = new BinaryFormatter();
Stream stream = new FileStream("sam.dat",
FileMode.Create, FileAccess.Write, FileShare.None);
formatter.Serialize(stream, sam);
stream.Close();
就是這麼簡單，你所要做的就是建立一個Stream和一個formatter的執行個體，然後調用formatter的Serialize方法。經過BinaryFormatter serialize的資料仍然能夠通過BinaryFormatter deserialize回來，方法與serialize同樣簡單，這裡就不贅述了。
如果你不想將類裡的所有域都序列化，可以使用NonSerialized屬性進行選擇。如：
[Serializable]
public class Person
{
public string name = null;
[NonSerialized]
public int age = 0;
}
這樣，age域就不會被序列化了。
需要注意的是，Serializable屬性並不能被繼承。也就是說如果你希望Person的衍生類別也能夠被Serialize的話，那麼這個衍生類別也必須被Serializable標記。否則將得到SerializationException異常。
同樣的，Person類中的所有對其他類的引用，其所引用的類都應該是能夠被Serialize的。.NET Framework中的大部分class都實現了ISerializable介面，但有些class沒有實現，例如ImageList。可以通過MSDN Library的到一個實現了ISerializable介面的class列表。對那些沒有實現此介面的class，使用的時候要當心。

 

2、 實現ISerializable介面
Serializable屬性的功能非常強大，它使得Serialize和Deserialize變得十分簡單。但凡事有利必有弊，由Serializable實現的自動序列化方法有時不夠靈活。我們並不能完全控制Serialize和Deserialize的行為，而有些時候它們的行為對我們來說很重要。那麼我們通過何種方法能夠控制Serialize和Deserialize的行為呢？答案就是，自己來實現ISerializable介面。ISerializable介面給予我們更大的自由來控制Serialize和Deserialize，但是無疑我們將不得不寫更多的代碼L。
下面我們來看看如何?ISerializabe介面。ISerializable介面位於System.Runtime.Serialization名字空間中，聲明如下：
public inferface ISerializable
{
void GetObjectData(SerializationInfo info,
StreamingContext context);
}
它只有一個方法GetObjectData。因此，像實現其他介面一樣，我們必須實現此方法。但與其他介面不同的是，為了Deserialization，我們還必須實現一個特殊的建構函式（我稱此建構函式為“序列化建構函式”），此建構函式具有與GetObjectData相同的參數列表。由於此建構函式專門用於.NET Framework在Deserialize時的Reflection機制，因此我們通常將它聲明為保護或私人模式。如下：（當然，如果你的class只需要Serialize而不需要Deserialize的話，也可以不實現這個特殊的建構函式）
[Serializable]
public class Person : ISerializable
{
public string name = null;
public int age = 0;
public Person()
{
}
protected Person(SerializationInfo info, StreamingContext context)
{
name = info.GetString("name");
age = info.GetInt32("age");
}
void ISerializable.GetObjectData(SerializationInfo info,
StreamingContext context)
{
info.AddValue("name", name);
info.AddValue("age", age);
}
}
通過實現ISerializable介面，使得我們有機會在ISerializable.GetObjectData中控制Serialize的行為，在“序列化建構函式”中控制Deserialize的行為。這個介面提供給我們的資訊非常全面而靈活，以致於我們甚至可以在這兩個方法中耍些花招。比如，我們可以在Deserialize的時候，籍由改變info.FullTypeName來得到一種與被Serialize的對象不同類型的另一個對象等。

 

獨闢蹊徑
前面談到過Serialization被運用的典型環境，是Object Storage Service、進程間資料傳遞等涉及到對象持久性的領域。但實際上，它也能夠被運用到其他的許多地方，關鍵在於我們是否能想到去用運Serialization，有時候思維定式也是很可怕的J。舉個例子，我們來看看在Clone方法中如何使用Serialization[1]。
如果我們要為Person類實現Clone方法，我們通常會這樣寫：
[Serializable]
public class Person : ICloneable
{
public string name = null;
public int age = 0;
public object Clone()
{
Person person = new Person();
person.name = name;
person.age = age;
return person;
}
}
如果我們利用Serialization的方法，Clone函數就能寫成下面的樣子：
public object Clone()
{
MemoryStream stream = new MemoryStream();
BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
formatter.Serialize(stream, this);
stream.Position = 0;
return formatter.Deserialize(stream);
}
從這兩個實現上看，使用Serialization實現Clone方法似乎並沒有什麼好處。可是設想如果你面對的是一個複雜的類繼承體系，從基類到衍生類別都需要實現Clone方法。利用第一種實作手法，你將不得不為每一個class寫一個Clone方法，而且隨著資料成員的增多，這個方法將越來越冗長，並且會由於資料成員的改變而引發錯誤（我曾經遇到過好幾次，由於class中增加了成員變數，而Clone方法沒有及時更新，導致執行階段錯誤。呵呵，這種錯誤還很難調試）。現在你看到用Serialization實現的好處了吧？是的，我們只要在基類中將Clone方法聲明為virtual，並用Serialization的方法實現之，然後保證基類和衍生類別都可以被Serialize，上面所有的麻煩不都迎刃而解了嗎？
總結
現代軟體項目中，無論何種項目都會或多或少地涉及到對象持久性的問題，.NET也不例外，無論是Windows Form、ASP.NET，還是Web Services，都需要處理對象持久性。而Serialization正是.NET為應對這個問題而給出的解法。
參考文獻
·[1] Rockford Lhotka，《Object Serialization in Visual Basic .NET》，MSDN Library。Serialization在Clone方法中的運用即來自此文。
·Piet Obermeyer and Jonathan Hawkins，《Object Serialization in the .NET Framework》，MSDN Library。
·Jeffrey Richter，《.NET Run-time Serialization》Part 1，Part 2，Part 3，MSDN Library。