引言
Java對象的序列化(serialization)是對象的持久存儲和對象狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)傳輸的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在RMI(Remote Method Invocation)、JMS(Java Message Service)和EJB(Enterprise JavaBeans)中都有應(yīng)用。對象序列化可以實現(xiàn)分布式對象，例如RMI要利用對象序列化運行遠程主機上的服務(wù)，就像在本地機器上調(diào)用對象一樣。對象序列化還可以實現(xiàn)對象狀態(tài)和數(shù)據(jù)的持久存儲，在對象序列化的過程中，不僅保留一個對象的數(shù)據(jù)，而且遞歸保存對象引用的每個對象的數(shù)據(jù)，從而記錄整個對象層次結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)，以便保存在文件中或在網(wǎng)絡(luò)連接上傳遞。利用對象序列化可以進行對象的“深復(fù)制”，即復(fù)制對象本身及引用的對象本身。JDK(JavaTM 2 SDK)提供了實現(xiàn)對象序列化功能的機制，開發(fā)人員可以利用ObjectOutputStream類的writeObject()方法把對象寫入字節(jié)流來實現(xiàn)對象的序列化(serialization)，利用ObjectInputStream類的readObject()方法可以從字節(jié)流中讀取對象實現(xiàn)對象的反序列化(deserialization)。?
但是，在JDK所提供的序列化機制中，類必須實現(xiàn)java.io.Serializable接口或者java.io.Externalizable接口，其對象才可以被序列化，對于已有的系統(tǒng)，如果要實現(xiàn)系統(tǒng)中對象的網(wǎng)絡(luò)傳輸，就會受到類型的限制從而導(dǎo)致直接序列化傳輸無法實現(xiàn)。此外，JDK的對象序列化機制是以二進制格式將對象寫入字節(jié)流的，數(shù)據(jù)格式依賴于JVM(Java Virtual Machine)的實現(xiàn)，缺乏可讀性和通用性，限制了對象數(shù)據(jù)的存儲和管理。?
隨著Internet的發(fā)展，XML(Extensible Markup Language)已成為進行對象形式化描述和分布式數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準。XML具有層次結(jié)構(gòu)，很適合存儲對象的狀態(tài)數(shù)據(jù)，而且XML格式的數(shù)據(jù)具有很強的可讀性和通用型，所以XML很適合用來實現(xiàn)對象的序列化，可以彌補JDK所提供的序列化機制的不足。越來越多的應(yīng)用場合需要直接從XML文檔中創(chuàng)建對象或者把對象狀態(tài)保存成XML文檔。?
本文介紹了應(yīng)用XML實現(xiàn)Java對象序列化的研究，分析了用XML建模實現(xiàn)對象序列化和用XML數(shù)據(jù)綁定技術(shù)實現(xiàn)對象序列化的方法以及用XML實現(xiàn)Java對象序列化的優(yōu)勢和局限。本文的后續(xù)篇幅共分為三部分，第一部分介紹構(gòu)建XML模型實現(xiàn)Java對象序列化的方法，第二部分介紹用XML數(shù)據(jù)綁定實現(xiàn)對象序列化的方法，最后一部分是總結(jié)。?
1.構(gòu)建XML模型實現(xiàn)Java對象序列化
1.1 XML模型?
隨著Internet的發(fā)展，XML已成為進行對象形式化描述和分布式數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準。XML具有層次結(jié)構(gòu)，很適合存儲對象的狀態(tài)數(shù)據(jù)和實現(xiàn)對象的序列化。在對象序列化的過程中，不僅需要保留一個對象的數(shù)據(jù)，而且需要遞歸保存對象引用的每個對象的數(shù)據(jù)，記錄整個對象層次結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)。一般來說，一個對象會對應(yīng)一棵層次結(jié)構(gòu)的對象樹，對象的序列化需要完整地保留對象樹的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)信息。用XML實現(xiàn)對象的序列化，關(guān)鍵在于構(gòu)建合適的XML數(shù)據(jù)模型，完備地描述對象樹的信息，同時還要便于對象的反序列化。?
XML的層次結(jié)構(gòu)很適合構(gòu)建描述Java對象的數(shù)據(jù)模型，但是，簡單的利用XML的層次結(jié)構(gòu)還不足以完整地描述Java對象的結(jié)構(gòu)層次和數(shù)據(jù)信息，還需要針對Java對象的層次結(jié)構(gòu)作詳細的定義。在用XML構(gòu)建數(shù)據(jù)模型時，需要考慮以下幾個方面的問題：?
(1)?? 繼承關(guān)系?
類的繼承關(guān)系構(gòu)成了面向?qū)ο蟮幕緦哟谓Y(jié)構(gòu)。支持Java對象序列化的XML模型需要記錄類的完整的繼承關(guān)系，記錄和類結(jié)構(gòu)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，在反序列化時要能夠重新構(gòu)建對象的類的繼承關(guān)系，恢復(fù)數(shù)據(jù)。?
(2)?? 嵌套定義?
Java對象的數(shù)據(jù)成員可能是基本數(shù)據(jù)類型、Java對象和數(shù)組類型，所以Java對象一般都會引用到其他Java對象，在對象序列化時需要遞歸保存每一個所引用到的對象的數(shù)據(jù)，這就要求XML數(shù)據(jù)模型能夠支持嵌套定義，記錄對象引用的層次結(jié)構(gòu)和對象數(shù)據(jù)。?
(3)?? 數(shù)組的描述?
Java對象的數(shù)據(jù)成員可能是數(shù)組類型。數(shù)組在Java中也是一個對象，但是數(shù)組對象沒有顯式的構(gòu)造函數(shù)和類定義，所以不能像一般對象一樣定義和處理。在用XML建模時需要對數(shù)組類型獨立定義，描述數(shù)組的整體信息和數(shù)組成員的對象數(shù)據(jù)。?
(4)???? 特殊元素的定義?
在用XML建模時需要定義基本數(shù)據(jù)類型和空對象(即null)等元素。?
1.2?已有的實現(xiàn)?
（1）? JosML (Java Object Serialization Markup Language)[2]?
文獻[2]中提出了用于Java對象序列化的XML模型JosML，該模型定義了基本數(shù)據(jù)類型，對象的嵌套關(guān)系和描述數(shù)組元素的模型，可以基本上實現(xiàn)Java對象的序列化。但是，這個模型沒有定義對象的類繼承關(guān)系，無法記錄和類型相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。?
（2）? JSX (Java Serialization to XML)[3]?
JSX是一個用XML序列化Java對象的工具。JSX的XML模型定義了類的繼承關(guān)系和對象引用的嵌套關(guān)系，包含了數(shù)組類型的定義模型和基本數(shù)據(jù)類型、空對象、字符串類型的對象等元素的定義，是一個比較完備和成熟的Java對象序列化的XML模型。JSX可以完整地記錄Java對象的層次結(jié)構(gòu)和對象數(shù)據(jù)以及繼承關(guān)系，從而能夠用XML格式成功地實現(xiàn)所有Java對象的序列化和反序列化。?
1.3?存在的問題?
對象的序列化過程中需要動態(tài)獲得對象的狀態(tài)，Java平臺提供的反射機制可以實現(xiàn)這個要求。Java平臺內(nèi)建的序列化機制雖然也可以得到對象的運行時狀態(tài)，但是序列化結(jié)果是二進制格式，而且只限于Serializable對象，所以基于XML模型的Java對象序列化的實現(xiàn)一般都通過反射(reflection)機制完成。JosML和JSX在實現(xiàn)時都用到了反射機制。但是，用反射機制訪問類的非公有成員以及調(diào)用非公有的構(gòu)造方法時，如果當(dāng)前運行環(huán)境有安全策略限制，運行時會拋出相應(yīng)的SecurityException，導(dǎo)致序列化無法正常進行。由于Java安全模型的限制，在安全要求比較高的運行環(huán)境中，利用反射機制實現(xiàn)的XML格式的Java對象序列化工具的應(yīng)用將會受到限制。?
2.應(yīng)用XML數(shù)據(jù)綁定實現(xiàn)Java對象序列化
2.1?XML數(shù)據(jù)綁定?
XML數(shù)據(jù)綁定是指將XML文件的描述文檔(DTD或者XML Schema)映射為一系列的應(yīng)用類。對Java的XML數(shù)據(jù)綁定而言，就是將XML文件的描述文檔映射為一系列的Java類。通過讀取文檔把應(yīng)用類實例化為一棵對象樹，便于運行時訪問。相比較XML文檔模型而言，XML數(shù)據(jù)綁定簡單直觀，適合于文檔數(shù)據(jù)的應(yīng)用。XML數(shù)據(jù)綁定包括三個方面的內(nèi)容：一是編組(Marshalling)，在內(nèi)存中為對象生成 XML 表示，即用XML序列化Java 對象的過程；二是解組(Unmarshalling)，是與編組相反的過程，在內(nèi)存中根據(jù) XML 表示構(gòu)建一個對象；三是驗證(validate)，包括兩方面，解組時要求XML數(shù)據(jù)文件是良定義的，符合生成java源文件的Schema約束，編組時要求內(nèi)存中的java類也是可編組的。所以，XML數(shù)據(jù)綁定技術(shù)和工具也可以用來實現(xiàn)XML格式的對象序列化。?
2.2?實現(xiàn)框架?
XML數(shù)據(jù)綁定的研究已經(jīng)有了很多成果，許多組織都推出了實現(xiàn)XML數(shù)據(jù)綁定的框架，如JAXB、Castor等，Java Community Process（JCP）中的 JSR-031 也正致力于定義一個標(biāo)準，確定標(biāo)準的接口。下面是目前Java平臺上主要應(yīng)用的一些XML數(shù)據(jù)綁定的實現(xiàn)框架：?
（1）?JAXB（Java Architecture for XML Binding）[4]?
JAXB是SUN、IBM和BEA等多家聯(lián)合發(fā)布的Java平臺的數(shù)據(jù)綁定標(biāo)準，并提供了參考實現(xiàn)。JAXB支持從XML Schema生成Java類，將 Java 語言代碼綁定到 W3C XML Schema 文法所定義的文檔，在此基礎(chǔ)上，JAXB可以利用XML實例文檔生成Java對象樹，也可以將Java對象樹的內(nèi)容重新寫到XML實例文檔中，從而可以實現(xiàn)基于XML的Java對象的序列化和反序列化。?
（2）?Castor[5]?
Castor是一個開放源碼的XML數(shù)據(jù)綁定的工具，支持根據(jù)XML Schema的綁定，同時也支持缺省綁定，可以完成從XML文檔到已有JavaBean之間的直接序列化綁定，允許沒有XML Schema參與工作。Castor在編組時只支持XML Schema所定義的數(shù)據(jù)類型，如果自定義的類作為數(shù)據(jù)成員，則必須定義映射文件。Castor要求綁定的Java類具有JavaBean的格式，即需要定義公共的缺省構(gòu)造方法，定義公共的get和set方法用來訪問屬性的值。在解組時，如果數(shù)據(jù)成員沒有寫入訪問接口(set方法)，結(jié)果對象就不會有該數(shù)據(jù)成員的數(shù)據(jù)。Castor在用于Java對象的序列化時也有其局限性。?
（3） JiBX[6]?
JiBX 數(shù)據(jù)綁定框架在結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)技術(shù)上和其他數(shù)據(jù)綁定框架有所不同。首先，JiBX沒有使用SAX2解析器的API，而是采用了拉(pull)解析器的API。其次，JiBX針對反射機制的性能劣勢和功能局限，采用了字節(jié)碼增強(Byte code enhancement)技術(shù)。此外，JiBX沒有采用以XML為中心的方法根據(jù)XML Schema或者DTD的定義生成代碼，而是采用了以Java為中心的方法，定義映射規(guī)則，實現(xiàn)映射綁定。[9]由于這個原因，JiBX無法直接應(yīng)用到Java對象的序列化中。但是，采用字節(jié)碼增強技術(shù)是用XML實現(xiàn)Java對象序列化的一個比較好的解決方案。?
（4）?Zeus[7]?
Zeus是根據(jù)XML文檔的DTD定義生成代碼的一種XML數(shù)據(jù)綁定工具，和其他數(shù)據(jù)綁定工具相比，Zeus易于使用但功能有限。目前Zeus的版本只支持DTD，在數(shù)據(jù)類型方面，Zeus 只支持 String，而不支持其它類型的值，例如int或Date，還缺乏對引用的支持，不能直接進行數(shù)據(jù)分解或編組圖結(jié)構(gòu)，只能對根據(jù)DTD生成的Java類的對象作編組和解組操作。這也限制了Zeus在Java對象序列化上的應(yīng)用。?
（5）?Quick[8]?
Quick是一中比較靈活的XML數(shù)據(jù)綁定工具。和Zeus一樣，Quick根據(jù)XML文檔的DTD定義生成綁定的代碼，但Quick比Zeus復(fù)雜，功能也比Zeus強大。Quick使用一系列相當(dāng)復(fù)雜的步驟來根據(jù) DTD 文檔描述生成代碼，在此過程中使用了作為中間步驟的三個獨立的綁定模式文檔：QDML 文檔提供文檔描述，大致相當(dāng)于 DTD，不過添加了一些類型和繼承；QJML 文檔定義了 XML 到 Java 語言對象的綁定；QIML 文件基本上是 QJML 的編譯形式，可以用它來生成實際的綁定代碼。所以，應(yīng)用Quick實現(xiàn)Java對象的序列化也要受到描述文檔的限制。[9]?
2.3?存在的問題?
Java平臺上的XML數(shù)據(jù)綁定框架致力于將XML數(shù)據(jù)和Java對象綁定，實現(xiàn)將XML實例文檔轉(zhuǎn)換成Java對象樹。數(shù)據(jù)綁定框架在實現(xiàn)時，要么根據(jù)Schema、DTD或其他映射文件生成自己的數(shù)據(jù)類，然后要求開發(fā)者在應(yīng)用程序中使用，要么使用反射機制，通過使用 Java 虛擬機所知的類信息提供對數(shù)據(jù)的間接運行時訪問。第一種實現(xiàn)方法由于受到Schema、DTD或映射文件的限制，不能應(yīng)用于任意Java對象的序列化；第二種實現(xiàn)方法則受到反射機制的限制。JiBX中所用到的字節(jié)碼增強(Byte code enhancement)技術(shù)是解決這一問題的一個比較有效的方法。字節(jié)碼增強技術(shù)也同樣可以應(yīng)用到構(gòu)建XML數(shù)據(jù)模型序列化Java對象的實現(xiàn)中，解決第二部分提到的應(yīng)用反射機制的限制。?
3.結(jié)論
應(yīng)用XML序列化Java對象可以解決對象持久存儲和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶嶋H應(yīng)用中所遇到的問題。直接構(gòu)建XML數(shù)據(jù)模型和利用XML數(shù)據(jù)綁定技術(shù)都可以在一定程度上實現(xiàn)基于XML的Java對象序列化，但在實現(xiàn)中都會受到反射機制的限制。雖然用字節(jié)碼增強技術(shù)可以解決一定的問題，但從根本上來說，這一問題的出現(xiàn)是由于對象序列化的要求和Java平臺安全模型之間的矛盾造成的。運行時強制訪問對象的內(nèi)部信息有悖于Java的安全模型。在解決對象序列化的問題的同時，還需要在兩者之間作取舍或折中。?
參考文獻
[1]?Fabian Breg, Constantine D. Polychronopoulos. Java Virtual Machine Support for Object Serialization, Concurrency Computation Practice and Experience, Vol. 15, 2003.?
[2]?HE Chengwan, YU Qiuhui. JosML-An XML Model for Java Object Serialization, Computer Engineering, Vol. 28, No. 1, 2002.?
[3]?Java Serialization to XML, http://jsx.org .?
[4]?JAXB (Java Architecture for XML Data Binding), http://java.sun.com/xml/jaxb/index.html .?
[5]?Castor，http://www.castor.org/ .?
[6]?JiBX, http://www.jibx.org/ .?
[7]?Zeus, http://zeus.enhydra.org/ .?
[8]?Quick, http://sourceforge.net/projects/jxquick/ .?
[9]?Dennis M. Sosnoski. XML in Java: Data binding, ?
http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/xml/x-databdopt/part1/index_eng.shtml，?
http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/xml/x-databdopt/part2/index_eng.shtml，?
http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/xml/x-databd3/index_eng.shtml，?
http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/xml/x-databd4/index_eng.shtml.?