浅析.NET中的Serialization

摘要 本文简要介绍了.NET中的序列化（Serialization）概念，以及在代码中实作Serialization的方法。文章的最后介绍了Serialization在Clone方法中的运用。

Serialization的概念

Serialization是.NET中一种实现对象持久性（Persistent）的机制。它是一个将对象中的数据转换成一个单一元素（通常是Stream）的过程。它的逆过程是Deserialization。Serialization的核心概念是将一个对象的所有数据看作一个独立的单元。

一般说来，在两种情况下非常需要Serialization：1）当我们希望能够将对象当前的状态完整地保存到存储介质中，以便我们以后能够精确地还原对象时；2）当我们希望将对象从一个应用程序空间（Application domain）传递到另一个应用程序空间时。例如，Windows Form程序就是利用Serialization机制来实现剪贴板的copy & paste的。 

.net framework支持两种类型的Serialization：Shallow Serialization和Deep Serialization。

所谓Shallow Serialization是将对象的可读写（read-write）属性的值转换成字节流，而对象内部的数据（没有通过read-write属性暴露出来的数据）则不被转换。XmlSerializer以及Web Services就使用这种技术。

Deep Serialization比Shallow Serialization更加彻底，因为它是将存储在对象私有变量里的实际值拷贝到字节流里。而且Deep Serialization还将serialize整个object graph。也就是说，如果你的对象持有其他对象的引用，或者其他对象引用的集合，那么所有这些对象都将被Serialize。BinaryFormatter和SoapFormatter以及.NET Remoting都使用Deep Serialization技术，它甚至被有限地用于LosFormatter来产生存储在Web Form页中的状态数据。

本文将着重于Deep Serialization。 

Serialization的过程

.NET Framework通过Reflection提供自动Serialization的机制。当一个对象被序列化（Serialized）的时候，它的类名，Assembly，以及类实例的所有数据成员都将被写入存储介质中。Serialization引擎保持对所有已经被序列化的对象引用的追踪，以确保相同的对象引用最多只被序列化一次。

通常，一个Serialization过程会由formatter（例如BinaryFormatter）的Serialize方法引发。对象的Serialization过程按照以下规则进行：

1、检测以确保formatter是否拥有一个代理选择器（surrogate selector）。如果有，检查代理选择器是否持有给定的对象类型。如果有，ISerializable.GetObjectData被调用。

2、如果formatter没有代理选择器，或者代理选择器没有对象类型，检查对象是否被用Serializable属性标记。如果没有，则抛出SerializationException异常。

3、如果对象被标记为Serializable，检查对象是否实现了ISerializable接口。如果实现了此接口，则GetObjectData被调用。

4、如果对象没有实现ISerializable接口，则使用默认的序列化策略，来序列化没有用NonSerialized属性标记的域。

使你的class能够被序列化

通过上面对Serialization过程的分析，我们可以看出，有两种方式可以使一个class能够被序列化：

1）将此class简单地标记为Serializable；

2）为此class实现ISerializable接口，并将此class标记为Serializable。 

1、标记Serializable属性

标记Serializable属性的方式是实现Serialization的基本方法。举个简单的例子：
  [Serializable]
  public class Person
  {
  public string name = null;
  public int age = 0;
  } 

你可以使用BinaryFormatter来将上面的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(); 

就是这么简单，你所要做的就是创建一个Stream和一个formatter的实例，然后调用formatter的Serialize方法。经过BinaryFormatter serialize的数据仍然能够通过BinaryFormatter deserialize回来，方法与serialize同样简单，这里就不赘述了。 

如果你不想将类里的所有域都序列化，可以使用NonSerialized属性进行选择。如：
  [Serializable]
  public class Person
  {
  public string name = null;
  [NonSerialized]
  public int age = 0;
  } 

这样，age域就不会被序列化了。 

需要注意的是，Serializable属性并不能被继承。也就是说如果你希望Person的派生类也能够被Serialize的话，那么这个派生类也必须被Serializable标记。否则将得到SerializationException异常。

同样的，Person类中的所有对其他类的引用，其所引用的类都应该是能够被Serialize的。.NET Framework中的大部分class都实现了ISerializable接口，但有些class没有实现，例如ImageList。可以通过MSDN Library的到一个实现了ISerializable接口的class列表。对那些没有实现此接口的class，使用的时候要当心。

2、 实现ISerializable接口

Serializable属性的功能非常强大，它使得Serialize和Deserialize变得十分简单。但凡事有利必有弊，由Serializable实现的自动序列化方法有时不够灵活。我们并不能完全控制Serialize和Deserialize的行为，而有些时候它们的行为对我们来说很重要。那么我们通过何种方法能够控制Serialize和Deserialize的行为呢？答案就是，自己来实现ISerializable接口。ISerializable接口给予我们更大的自由来控制Serialize和Deserialize，但是无疑我们将不得不写更多的代码L。

下面我们来看看如何实现ISerializabe接口。ISerializable接口位于System.Runtime.Serialization名字空间中，声明如下：
  public inferface ISerializable
  {
  void GetObjectData(SerializationInfo info,
  StreamingContext context);
  } 

它只有一个方法GetObjectData。因此，像实现其他接口一样，我们必须实现此方法。但与其他接口不同的是，为了Deserialization，我们还必须实现一个特殊的构造函数（我称此构造函数为“序列化构造函数”），此构造函数具有与GetObjectData相同的参数列表。由于此构造函数专门用于.NET Framework在Deserialize时的Reflection机制，因此我们通常将它声明为保护或私有模式。如下：（当然，如果你的class只需要Serialize而不需要Deserialize的话，也可以不实现这个特殊的构造函数）

[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);
  }
  } 

通过实现ISerializable接口，使得我们有机会在ISerializable.GetObjectData中控制Serialize的行为，在“序列化构造函数”中控制Deserialize的行为。这个接口提供给我们的信息非常全面而灵活，以致于我们甚至可以在这两个方法中耍些花招。比如，我们可以在Deserialize的时候，籍由改变info.FullTypeName来得到一种与被Serialize的对象不同类型的另一个对象等。

独辟蹊径

前面谈到过Serialization被运用的典型环境，是对象存储、进程间数据传递等涉及到对象持久性的领域。但实际上，它也能够被运用到其他的许多地方，关键在于我们是否能想到去用运Serialization，有时候思维定式也是很可怕的J。举个例子，我们来看看在Clone方法中如何使用Serialization[1]。

如果我们要为Person类实现Clone方法，我们通常会这样写：

[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;   }   } 

如果我们利用Serialization的方法，Clone函数就能写成下面的样子：
  public object Clone()
  {
  MemoryStream stream = new MemoryStream();
  BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
  formatter.Serialize(stream, this);
  stream.Position = 0;
  return formatter.Deserialize(stream);
  } 

从这两个实现上看，使用Serialization实现Clone方法似乎并没有什么好处。可是设想如果你面对的是一个复杂的类继承体系，从基类到派生类都需要实现Clone方法。利用第一种实作手法，你将不得不为每一个class写一个Clone方法，而且随着数据成员的增多，这个方法将越来越冗长，并且会由于数据成员的改变而引发错误（我曾经遇到过好几次，由于class中增加了成员变量，而Clone方法没有及时更新，导致运行时错误。呵呵，这种错误还很难调试）。现在你看到用Serialization实现的好处了吧？是的，我们只要在基类中将Clone方法声明为virtual，并用Serialization的方法实现之，然后保证基类和派生类都可以被Serialize，上面所有的麻烦不都迎刃而解了吗？ 

总结

现代软件项目中，无论何种项目都会或多或少地涉及到对象持久性的问题，.NET也不例外，无论是Windows Form、ASP.NET，还是Web Services，都需要处理对象持久性。而Serialization正是.NET为应对这个问题而给出的解法。