JAVA 项目 Redis 数据序列化异常？探究 JdkSerialization 与 JSON 序列化差异

大家好，今天我们来聊聊在 Java 项目中使用 Redis 时，数据序列化可能遇到的问题，以及 JdkSerialization 和 JSON 序列化这两种方式的差异。 Redis 作为常用的内存数据库，性能强大，但如果序列化方式选择不当，可能会导致各种异常，甚至影响整个系统的稳定性。

一、问题背景：Redis 序列化异常

在使用 Redis 时，我们通常需要将 Java 对象序列化后存储到 Redis 中，并在需要时反序列化成 Java 对象。如果在序列化或反序列化过程中出现问题，就会抛出异常。常见的异常包括：

ClassNotFoundException: 反序列化时找不到对应的类。
InvalidClassException: 类的版本不兼容，导致反序列化失败。
SerializationException: 序列化或反序列化过程中发生其他错误。

这些异常通常与我们选择的序列化方式有关。接下来，我们将深入探讨两种常见的序列化方式：JdkSerialization 和 JSON 序列化。

二、JdkSerialization 序列化

JdkSerialization 是 Java 提供的默认序列化机制，它通过 java.io.Serializable 接口来实现对象的序列化和反序列化。

2.1 原理

JdkSerialization 的原理是将对象的实例变量 (包括基本类型和引用类型) 的状态转换为字节流，并存储到文件中或者通过网络传输。反序列化则是将字节流重新转换为对象。

2.2 代码示例

首先，我们需要让我们的类实现 Serializable 接口:

import java.io.Serializable;

public class User implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L; // 建议显式声明 serialVersionUID

    private Long id;
    private String username;
    private String password; // 敏感信息不建议序列化
    private transient String token; // 使用 transient 关键字排除序列化

    public User() {
    }

    public User(Long id, String username, String password, String token) {
        this.id = id;
        this.username = username;
        this.password = password;
        this.token = token;
    }

    public Long getId() {
        return id;
    }

    public void setId(Long id) {
        this.id = id;
    }

    public String getUsername() {
        return username;
    }

    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }

    public String getPassword() {
        return password;
    }

    public void setPassword(String password) {
        this.password = password;
    }

    public String getToken() {
        return token;
    }

    public void setToken(String token) {
        this.token = token;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "id=" + id +
                ", username='" + username + ''' +
                ", password='" + password + ''' +
                ", token='" + token + ''' +
                '}';
    }
}

然后，我们可以使用 ObjectOutputStream 和 ObjectInputStream 进行序列化和反序列化:

import java.io.*;

public class JdkSerializationExample {

    public static void main(String[] args) {
        User user = new User(1L, "testUser", "password", "myToken");

        // 序列化
        try (FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("user.ser");
             ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(fileOutputStream)) {
            objectOutputStream.writeObject(user);
            System.out.println("User object serialized successfully.");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 反序列化
        try (FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("user.ser");
             ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(fileInputStream)) {
            User deserializedUser = (User) objectInputStream.readObject();
            System.out.println("User object deserialized successfully: " + deserializedUser);
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2.3 优点

实现简单: 只需要实现 Serializable 接口即可。
支持复杂的对象图: 可以序列化包含循环引用的对象。
Java 内置: 不需要引入额外的依赖。

2.4 缺点

性能较差: 序列化和反序列化速度慢，产生的字节流体积大。
安全性问题: 容易受到反序列化漏洞攻击。
版本兼容性问题: 类的结构发生变化时，可能会导致反序列化失败，需要维护 serialVersionUID。如果没有显式声明serialVersionUID，JVM会根据类的结构自动生成一个。如果类的结构发生改变(比如添加或删除字段)，自动生成的serialVersionUID也会改变，从而导致反序列化失败。
序列化结果不易读: 序列化后的数据是二进制格式，不方便查看和调试。

2.5 应用场景

JdkSerialization 适用于对性能要求不高，且需要序列化复杂对象图的场景。例如，在 RMI (Remote Method Invocation) 中，可以使用 JdkSerialization 来传递对象。

2.6 Redis 中的 JdkSerialization

在使用 Spring Data Redis 时，可以通过配置 JdkSerializationRedisSerializer 来使用 JdkSerialization。

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.serializer.JdkSerializationRedisSerializer;
import org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer;

@Configuration
public class RedisConfig {

    @Bean
    public RedisTemplate<String, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
        RedisTemplate<String, Object> redisTemplate = new RedisTemplate<>();
        redisTemplate.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);

        // key 采用 String 的序列化方式
        redisTemplate.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());
        // value 采用 Jdk 的序列化方式
        redisTemplate.setValueSerializer(new JdkSerializationRedisSerializer());

        // hash 的 key 采用 String 的序列化方式
        redisTemplate.setHashKeySerializer(new StringRedisSerializer());
        // hash 的 value 采用 Jdk 的序列化方式
        redisTemplate.setHashValueSerializer(new JdkSerializationRedisSerializer());

        redisTemplate.afterPropertiesSet();
        return redisTemplate;
    }
}

三、JSON 序列化

JSON (JavaScript Object Notation) 是一种轻量级的数据交换格式，易于阅读和编写，也易于机器解析和生成。在 Java 中，我们可以使用 Jackson、Gson 等库来实现 JSON 序列化和反序列化。

3.1 原理

JSON 序列化是将 Java 对象转换为 JSON 字符串的过程。反序列化则是将 JSON 字符串转换为 Java 对象的过程。 JSON 序列化通常基于对象的属性进行转换。

3.2 代码示例

这里我们使用 Jackson 作为示例:

首先，引入 Jackson 依赖:

<dependency>
    <groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId>
    <artifactId>jackson-databind</artifactId>
    <version>2.13.0</version> <!-- 使用最新版本 -->
</dependency>

然后，使用 ObjectMapper 进行序列化和反序列化:

import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;

import java.io.IOException;

public class JsonSerializationExample {

    public static void main(String[] args) {
        User user = new User(1L, "testUser", "password", "myToken");

        ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();

        // 序列化
        try {
            String userJson = objectMapper.writeValueAsString(user);
            System.out.println("User object serialized to JSON: " + userJson);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 反序列化
        try {
            String userJson = "{"id":1,"username":"testUser","password":"password","token":"myToken"}";
            User deserializedUser = objectMapper.readValue(userJson, User.class);
            System.out.println("User object deserialized from JSON: " + deserializedUser);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3.3 优点

性能较好: 序列化和反序列化速度快，产生的字符串体积小。
易于阅读和调试: 序列化后的数据是 JSON 格式，方便查看和调试。
跨语言支持: JSON 是一种通用的数据交换格式，可以被多种编程语言支持。
版本兼容性较好: 通过添加或删除字段，可以实现较好的版本兼容性。可以使用 @JsonIgnoreProperties(ignoreUnknown = true) 注解来忽略 JSON 字符串中未知的属性，从而避免反序列化失败。
安全性较高: 相对于 JdkSerialization，安全性更高，不容易受到反序列化漏洞攻击。

3.4 缺点

不支持复杂的对象图: 无法直接序列化包含循环引用的对象。
需要引入额外的依赖: 需要引入 Jackson 或 Gson 等库。
对于没有默认构造函数的类，反序列化可能失败: Jackson 需要类有一个无参构造函数才能进行反序列化。

3.5 应用场景

JSON 序列化适用于对性能要求高，且需要跨语言数据交换的场景。例如，在 RESTful API 中，通常使用 JSON 作为数据交换格式。

3.6 Redis 中的 JSON 序列化

在使用 Spring Data Redis 时，可以使用 GenericJackson2JsonRedisSerializer 来实现 JSON 序列化。

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.serializer.GenericJackson2JsonRedisSerializer;
import org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer;

@Configuration
public class RedisConfig {

    @Bean
    public RedisTemplate<String, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
        RedisTemplate<String, Object> redisTemplate = new RedisTemplate<>();
        redisTemplate.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);

        // key 采用 String 的序列化方式
        redisTemplate.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());
        // value 采用 JSON 的序列化方式
        redisTemplate.setValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());

        // hash 的 key 采用 String 的序列化方式
        redisTemplate.setHashKeySerializer(new StringRedisSerializer());
        // hash 的 value 采用 JSON 的序列化方式
        redisTemplate.setHashValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());

        redisTemplate.afterPropertiesSet();
        return redisTemplate;
    }
}

四、两种序列化方式的对比

为了更清晰地了解两种序列化方式的差异，我们用表格进行总结：

特性	JdkSerialization	JSON 序列化 (Jackson)
性能	较差	较好
序列化后数据大小	大	小
可读性	差 (二进制格式)	好 (JSON 格式)
跨语言支持	差 (Java 专属)	好 (通用数据交换格式)
版本兼容性	差 (需要维护 `serialVersionUID`)	较好 (可以通过忽略未知属性实现)
安全性	较低 (容易受到反序列化漏洞攻击)	较高
复杂对象图支持	支持	不直接支持 (需要特殊处理)
依赖	无	需要引入 Jackson 等库
实现复杂度	简单 (实现 `Serializable` 接口即可)	较简单 (使用 `ObjectMapper`)

五、如何选择合适的序列化方式

选择哪种序列化方式取决于具体的应用场景。

如果对性能要求较高，且需要跨语言数据交换，建议选择 JSON 序列化。 例如，在 RESTful API 中，使用 JSON 序列化可以提高性能，并方便与其他语言的系统进行交互。
如果需要序列化复杂的对象图，且对性能要求不高，可以选择 JdkSerialization。 例如，在 RMI 中，可以使用 JdkSerialization 来传递对象。
如果对安全性有较高要求，建议避免使用 JdkSerialization。 可以考虑使用 JSON 序列化或其他更安全的序列化方式。
在选择 JSON 序列化库时，可以根据具体需求选择 Jackson、Gson 等库。 Jackson 性能较好，功能强大，是常用的选择。

六、解决 Redis 序列化异常的常见方法

在实际项目中，我们可能会遇到各种 Redis 序列化异常。以下是一些常见的解决方法：

ClassNotFoundException:
- 确保反序列化时，classpath 中包含所需的类。
- 检查类的包名是否正确。
InvalidClassException:
- 显式声明 serialVersionUID，并保持不变。
- 尽量避免修改类的结构，如果必须修改，考虑使用版本控制。
SerializationException:
- 检查序列化和反序列化的代码是否正确。
- 检查对象中是否包含无法序列化的字段。
- 检查 Redis 服务器是否正常运行。
使用 JSON 序列化时，如果遇到无法反序列化的情况:
- 确保类有一个无参构造函数。
- 使用 @JsonIgnoreProperties(ignoreUnknown = true) 注解来忽略 JSON 字符串中未知的属性。
- 自定义序列化和反序列化器。

七、总结和思考

JdkSerialization 和 JSON 序列化各有优缺点，选择合适的序列化方式是提高 Redis 性能和稳定性的关键。在实际项目中，需要根据具体的应用场景和需求进行选择。同时，还需要注意版本兼容性和安全性问题，并采取相应的措施来解决可能出现的序列化异常。此外，还有其他的序列化方式，比如 Protobuf、Hessian 等，可以根据需要进行选择。

JAVA 项目 Redis 数据序列化异常？探究 JdkSerialization 与 JSON 序列化差异

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