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  • 为什么要将数据序列化?

    千次阅读 热门讨论 2021-04-15 20:57:02
    当需要将数据存入文件或者通过网络发送出去时,需将数据对象转化为字节流,即对数据序列化。 1. 数据序列化本质上是将JVM中链式存储的对象转化成连续存储的字节数组,这将极大的减少数据大小。 2. 对于每一个序列化...

    写在前面

    本文隶属于专栏《100个问题搞定大数据理论体系》,该专栏为笔者原创,引用请注明来源,不足和错误之处请在评论区帮忙指出,谢谢!

    本专栏目录结构和文献引用请见100个问题搞定大数据理论体系

    解答

    当需要将数据存入文件或者通过网络发送出去时,需将数据对象转化为字节流,即对数据序列化。
    1. 数据序列化本质上是将JVM中链式存储的对象转化成连续存储的字节数组,这将极大的减少数据大小。
    2. 对于每一个序列化的Java对象来说都有唯一的序列化 UID,这样可以保证在新的 JVM 中恢复对象即反序列化后同一个对象只会存在一份,这减少了内存的占用,同时也解决了对象之间依赖的问题。
    

    补充

    序列化技术是如何发展的?

    考虑到性能、占用空间以及兼容性等因素,我们通常会经历以下几个阶段的技术演化,最终找到解决该问题的最优方案:

    阶段1——字符串

    不考虑任何复杂的序列化方案,直接将数据转化成字符串,以文本形式保存或传输,如果一条数据存在多个字段,则使用分隔符(比如“,”)分割。

    该方案存储简单数据绰绰有余,但对于复杂数据,且数据模式经常变动时,将变得非常烦琐,通常会面临以下问题。

    1. 难以表达嵌套数据:如果每条数据是嵌套式的,比如存在类似于map,list数据结构时,以文本方式存储是非常困难的。
    2. 无法表达二进制数据:图片、视频等二进制数据无法表达,因为这类数据无法表示成简单的文本字符串。
    3. 难以应对数据模式变化:在实际应用过程中,由于用户考虑不周全或需求发生变化, 数据模式可能会经常发生变化。而每次发生变化,之前所有写入和读出(解析)模块均不可用,所有解析程序均需要修改,非常烦琐。

    阶段2——编程语言内置序列化机制

    采用编程语言内置的序列化机制,比如 Java Serialization, Python pickle等。

    这种方式解决了阶段1面临的大部分问题,但随着使用逐步深入,我们发现这种方式将数据表示方式跟某种特定语言绑定在一起,很难做到跨语言数据的写入和读取。

    阶段3——JSON/XML

    为了解决阶段2面临的问题,我们决定使用应用范围广、跨语言的数据表示格式,比如JSON和XML。

    但使用一段时间后,你会发现这种方式存在严重的性能问题:解析速度太慢,同时数据存储冗余较大,比如JSON会重复存储每个属性的名称等。

    阶段4——统一schema

    阶段4:到这一阶段,我们期望出现一种带有 schema描述的数据表示格式,通过统一化的 schema描述,可约束每个字段的类型,进而为存储和解析数据带来优化的可能。

    此外,统一schema的引入,可减少属性名称重复存储带来的开销,同时,也有利于数据共享。

    分布式系统中序列化框架该如何选择?

    请参考我的另一篇博客——分布式系统中序列化框架该如何选择?

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  • 数据序列

    千次阅读 2019-01-07 10:03:13
    数据序列化(Serialization) 数据序列化就是将对象或者数据结构转化成特定的格式,使其可在网络中传输,或者可存储在内存或者文件中。反序列化则是相反的操作,将对象从序列化数据中还原出来。 而数据序列化后的数据...

    数据序列化(Serialization)

    数据序列化就是将对象或者数据结构转化成特定的格式,使其可在网络中传输,或者可存储在内存或者文件中。反序列化则是相反的操作,将对象从序列化数据中还原出来。

    而数据序列化后的数据格式可以是二进制,可以是XML,也可以是JSON等任何格式。
    我们要明确的是:数据序列化的重点在于数据的交换和传输。

    序列化的关注点/衡量标准

    1.序列化后的数据大小
    因为序列化后的字节流(二进制数据)通常是通过网络进行传输的,因此序列化后的内容越少传输耗时也就越短。
    补充:java原生的序列化机制,不能做到对象结构的复用,导致序列化之后的数据很大。

    2.序列化和反序列化的耗时及占用的cpu

    3.是否支持跨语言,跨平台
    在异构的网络系统中,网络通信双方可能是不同的语言,比如一端是Java,另一端是C。或者一端是Windows操作系统,另一端是Linux操作。

    Java原生序列化的缺点:
    1.不能做到对象结构的复用,导致序列化后的数据较大.
    2.跨语言性较差.要求对端语言只能是java语言
    3.序列和反序列化耗费的cpu较多.

    你可以这样理解:假设你传递的是字符串,没有问题,所有的机器都可以识别正常的字符串。

    那么现在假设你传递的参数是一个 Java 对象,比如叫 cat。服务器并没有那么智能,它并不会知道你传递的是一个 Java 对象,而不是其他类型的数据,它识别不了 Java 对象。

    因为Java 对象本质上是 class 字节码,服务器并不能根据这个字节码识别出该 Java 对象。所以,要提供一个公共的格式,不仅 Windows 能识别,你的服务器也能识别的公共的格式。

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  • django 数据序列化的实现

    千次阅读 2017-01-16 18:54:10
    django 数据序列化的实现 为什么要自己去序列化呢?为什么不用restful呢? django做全栈开发真的很不错,但做前、后端分离开发时,某些方面可能需要调整。比如,数据的序列化这个问题,跨域问题;当然,这都不是...

    django 数据序列化的实现

    为什么要自己去序列化呢?为什么不用restful呢?

    django做全栈开发真的很不错,但做前、后端分离开发时,某些方面可能需要调整。比如,数据的序列化这个问题,跨域问题;当然,这都不是什么大问题。。。下面说说数据序列化

    问题

    后端与前端通过json数据格式交互数据;django 通过orm读取的数据,不能直接用django的serializable或python的序列化方式;那怎么办?用restful吧,有专门的针对django的 django restful fremework,具体使用方式,请参见官方文档:http://www.django-rest-framework.org/

    有同事吐槽restful,嫌麻烦,因为用restful还需要额外写model什么的。。。。那怎么办?只能自己造轮子了!

    1.概述

    本项目:
    1.实现了将从数据库获取到的数据,序列化为json格式,返回给前端
    2.从数据库读取到的date、datetime字段,做了格式化处理
    3.获取到的从表数据,在做处理时,将需展现的字段做了重命名处理,防止从表与主表字段冲突
    2.暂未将前端提交的json映射到model

    2.基础开发环境

    • Python2.7.12
    • Django1.10.3
    • sqlite3

    3.简单说明

    1.序列化方法写在了公共model类 CModel中,此类继承 model.Models;
    2.所有model类继承CModel类;
    3.一对一关系实例 http://127.0.0.1:8000/get/classroom
    4.一对多关系实例 http://127.0.0.1:8000/get/article
    5.多对对关系实例 http://127.0.0.1:8000/get/group

    4.遗留问题

    1.获取model中不存在的字段数据时,抛出异常,个人认为这个异常无需捕获。
    2.实现了将从数据库获取到的数据,序列化为json格式,返回给前端
    3.暂未将前端提交的json映射到model

    解决方案

    创建django项目,创建app略过。。。

    1.创建CModel公共类

    所有model类继承此类

    #!/usr/bin/env python
    # -*- coding: utf-8 -*-
    
    from __future__ import unicode_literals
    
    from django.db import models
    from django.core.exceptions import FieldDoesNotExist
    DATETIME_FORMAT = "%Y/%m/%d %H:%M:%S"
    DATE_FORMAT = "%Y/%m/%d"
    
    
    class CModel(models.Model):
        class Meta:
            abstract = True
            ordering = ['-id']
    
        def get_value(self, field_name, prefix=None):
            """获取指定字段的值,返回字典类型的数据;field_name 字段名称|prefix 字段前缀(默认不加前缀,外键表字段默认以外键名作为字段的前缀)"""
            _dict = {}
            try:
                field = self._meta.get_field(field_name)
                _value = getattr(self, field_name)
    
                if prefix is not None:
                    field_name = prefix+'_'+field_name
    
                if isinstance(field, models.DateTimeField):  # DateTimeField字段特殊处理,做两种类型的格式化
                    if _value is not None:
                        _dict[field_name] = _value.strftime(DATETIME_FORMAT)
                        _dict['%s_short' % field_name] = _value.strftime(DATE_FORMAT)
                    else:
                        _dict[field_name] = ''
                        _dict['%s_short' % field_name] = ''
                elif isinstance(field, models.DateField):  # DateField字段做格式化处理
                    if _value is not None:
                        _dict['%s_short' % field_name] = _value.strftime(DATE_FORMAT)
                    else:
                        _dict['%s_short' % field_name] = ''
                else:
                    _dict[field_name] = _value
    
            except FieldDoesNotExist:
                return getattr(self, field_name)
    
            return _dict
    
    
        def serializable_values(self, field_name_list=None):
            """数据序列化;field_name_list 需要序列化的字段名列表(默认None,表示此model中的字段全部序列化)"""
            _dict = {}
    
            if not field_name_list:  # 如果field_name_list字段为None,则遍历此model,获取全部字段
                field_name_list = []
                for i in self._meta.fields:
                    field_name_list.append(i.attname)
    
            for field_name in field_name_list:  # 序列化
    
                if isinstance(field_name, dict):  # 获取外键表的字段值
                    for key in field_name:  # key->外键名
                        field = self._meta.get_field(key)
                        obj_external_table = getattr(self, key)
    
                        if isinstance(field, models.ManyToManyField):  # 多对多字段,单独处理
                            _list_e = []
                            for e in obj_external_table.all():
                                _list_e.append(e.serializable_values(field_name[key]))
    
                            _dict[key] = _list_e
                        else:    # 一对一,一对多字段,统一处理
                            for k in field_name[key]:
                                _dict = dict(_dict, **obj_external_table.get_value(k, key))
                else:  # (2017-03-24更新)
                    _values = self.get_value(field_name)
                    if type(_values) == dict:
                        _dict = dict(_dict, **_values)
                    else:  # 如果此字段是方法(使用了装饰器@property),做单独处理
                        _dict = dict(_dict, **{"field_name":_values})
    
            return _dict

    2.事例:一对多model

    一作者对应多文章

    class Author(CModel):
        """作者"""
        username = models.CharField(max_length=32, verbose_name=u'作者姓名')
    
        def __unicode__(self):
            return self.username
    
    
    class Article(CModel):
        """文章"""
        author = models.ForeignKey(Author)
        title = models.CharField(max_length=64, verbose_name=u'文章标题')
        content = models.TextField(verbose_name=u'文章内容')
        write_date = models.DateTimeField(verbose_name=u'发布时间')
    
        def __unicode__(self):
            return self.title

    3.事例:一对一model

    一教室编号对应一教室 (事例不贴切,见谅)

    class Classroom(CModel):
        """教室"""
        position = models.CharField(max_length=64, verbose_name=u'教室所在位置')
    
        def __unicode__(self):
            return self.position
    
    
    class ClassNumber(CModel):
        """教室编号"""
        number = models.CharField(max_length=32, verbose_name=u'教室编号')
        classroom = models.OneToOneField(Classroom, verbose_name=u'教室')
    
        def __unicode__(self):
            return self.number

    4.事例:多对多model

    一用户组对用多个菜单;一菜单对应多个用户组

    class Menu(CModel):
        """菜单"""
        name = models.CharField(max_length=32, verbose_name=u'菜单名称')
    
        def __unicode__(self):
            return self.name
    
    
    class Group(CModel):
        """用户组"""
        name = models.CharField(max_length=32, verbose_name=u'组名')
        menu = models.ManyToManyField(Menu, verbose_name=u'菜单')
    
        def __unicode__(self):
            return self.name

    5.视图

    #!/usr/bin/env python
    # -*- coding: utf-8 -*-
    
    from django.shortcuts import render
    from app.models import *
    from django.views.generic import View
    from django.http import JsonResponse
    # 可以对应着上面的model类看一下下面list中的字段类型,字典里是要显示的外联表的字段(外键可以是ForeignKey,ManyToManyField,OneToOneField类型)
    article_field_list = ['id', 'title', 'content', 'write_date', {'author': ['id', 'username']}]
    group_field_list = ['id', 'name', {'menu': ['id', 'name']}]
    classnumber_field_list = ['id', 'number', {'classroom': ['id', 'position']}]
    
    
    class ArticleView(View):
        """文章视图类"""
        def get(self, request):
            _list = Article.objects.all()
            _rtn = [i.serializable_values(article_field_list) for i in _list]
    
            result = {"data": _rtn}
            return JsonResponse(result)
    
    
    class GroupView(View):
        """用户组类"""
        def get(self, request):
            _list = Group.objects.all()
            _rtn = [i.serializable_values(group_field_list) for i in _list]
    
            result = {"data": _rtn}
            return JsonResponse(result)
    
    
    class ClassNumberView(View):
        """教室类"""
        def get(self, request):
            _list = ClassNumber.objects.all()
            _rtn = [i.serializable_values(classnumber_field_list) for i in _list]
    
            result = {"data": _rtn}
            return JsonResponse(result)
    

    6.URL配置

    from django.conf.urls import url
    from django.contrib import admin
    from app.views import ArticleView, GroupView, ClassNumberView
    
    urlpatterns = [
        url(r'^admin/', admin.site.urls),
        url(r'^get/article$', ArticleView.as_view()),
        url(r'^get/group$', GroupView.as_view()),
        url(r'^get/classroom$', ClassNumberView.as_view()),
    ]

    结果图

    1.一对一
    这里写图片描述
    2.一对多
    这里写图片描述
    3.多对多
    这里写图片描述
    详细代码,请参见我的github:https://github.com/apple9005/django-serializable

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  • 在数据传输和转换过程中都需要对接口数据进行序列化和反序列化操作,接下来我们看看Dubbo目前都... 目前Dubbo提供并实现如下接口来完成数据序列化和反序列操作。com.alibaba.dubbo.common.serialize.Serialization...

        在数据传输和转换过程中都需要对接口数据进行序列化和反序列化操作,接下来我们看看Dubbo目前都提供了哪些序列化和反序列化实现方式。

        将对象转成字节流,用于网络传输,以及将字节流转为对象,用于在收到字节流数据后还原成对象。

        目前Dubbo提供并实现如下接口来完成数据序列化和反序列操作。

    • com.alibaba.dubbo.common.serialize.Serialization
    • com.alibaba.dubbo.common.serialize.ObjectInput
    • com.alibaba.dubbo.common.serialize.ObjectOutput

        实现类如下:


    在Dubbo项目开发中可以通过如下配置来选择序列化和反序列化方式:

    <!-- 协议的序列化方式 -->
    <dubbo:protocol serialization="fastjson" />
    <!-- 缺省值设置,当<dubbo:protocol>没有配置serialization时,使用此配置 -->
    <dubbo:provider serialization="java" />

    接下来我们通过分析几个序列化和反序列化实现类,看看Dubbo是如何实现的。

    Serialization接口默认会选择hessian2作为序列化和反序列化的实现接口

    Serialization中提供了serialize和deserialize接口对数据进行序列化和反序列化操作。

    @SPI("hessian2")
    public interface Serialization {
    
        /**
         * get content type id
         *
         * @return content type id
         */
        byte getContentTypeId();
    
        /**
         * get content type
         *
         * @return content type
         */
        String getContentType();
    
        /**
         * create serializer
         *
         * @param url
         * @param output
         * @return serializer
         * @throws IOException
         */
        @Adaptive
        ObjectOutput serialize(URL url, OutputStream output) throws IOException;
    
        /**
         * create deserializer
         *
         * @param url
         * @param input
         * @return deserializer
         * @throws IOException
         */
        @Adaptive
        ObjectInput deserialize(URL url, InputStream input) throws IOException;
    
    }

    接下来我们分析常见的FastJson序列化方式:

    public class FastJsonSerialization implements Serialization {
    
        public byte getContentTypeId() {
            return 6;
        }
    
        public String getContentType() {
            return "text/json";
        }
    	//将数据流进行序列化操作
        public ObjectOutput serialize(URL url, OutputStream output) throws IOException {
            return new FastJsonObjectOutput(output);
        }
    	//将数据流进行反序列化操作
        public ObjectInput deserialize(URL url, InputStream input) throws IOException {
            return new FastJsonObjectInput(input);
        }
    
    }

    在序列化和反序列中Dubbo提供对象输出和输入两个接口ObjectInput和ObjectOutput用于真正实现数据序列化和反序列化操作。

    ObjectInput接口:

    public interface ObjectInput extends DataInput {
    
        /**
         * read object.
         *
         * @return object.
         */
        Object readObject() throws IOException, ClassNotFoundException;
    
        /**
         * read object.
         *
         * @param cls object type.
         * @return object.
         */
        <T> T readObject(Class<T> cls) throws IOException, ClassNotFoundException;
    
        /**
         * read object.
         *
         * @param cls object type.
         * @return object.
         */
        <T> T readObject(Class<T> cls, Type type) throws IOException, ClassNotFoundException;
    
    }

    简单看一下FastJsonObjectInput的实现就是利用FastJson的接口实现数据反序列化操作。

    public class FastJsonObjectInput implements ObjectInput {
    
        private final BufferedReader reader;
    
        public FastJsonObjectInput(InputStream in) {
            this(new InputStreamReader(in));
        }
    
        public FastJsonObjectInput(Reader reader) {
            this.reader = new BufferedReader(reader);
        }
    
        public boolean readBool() throws IOException {
            try {
                return readObject(boolean.class);
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                throw new IOException(e.getMessage());
            }
        }
    
        public byte readByte() throws IOException {
            try {
                return readObject(byte.class);
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                throw new IOException(e.getMessage());
            }
        }
    
        public short readShort() throws IOException {
            try {
                return readObject(short.class);
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                throw new IOException(e.getMessage());
            }
        }
    
        public int readInt() throws IOException {
            try {
                return readObject(int.class);
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                throw new IOException(e.getMessage());
            }
        }
    
        public long readLong() throws IOException {
            try {
                return readObject(long.class);
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                throw new IOException(e.getMessage());
            }
        }
    
        public float readFloat() throws IOException {
            try {
                return readObject(float.class);
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                throw new IOException(e.getMessage());
            }
        }
    
        public double readDouble() throws IOException {
            try {
                return readObject(double.class);
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                throw new IOException(e.getMessage());
            }
        }
    
        public String readUTF() throws IOException {
            try {
                return readObject(String.class);
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                throw new IOException(e.getMessage());
            }
        }
    
        public byte[] readBytes() throws IOException {
            return readLine().getBytes();
        }
    
        public Object readObject() throws IOException, ClassNotFoundException {
            String json = readLine();
            return JSON.parse(json);
        }
    
        public <T> T readObject(Class<T> cls) throws IOException, ClassNotFoundException {
            String json = readLine();
            return JSON.parseObject(json, cls);
        }
    
        @SuppressWarnings("unchecked")
        public <T> T readObject(Class<T> cls, Type type) throws IOException, ClassNotFoundException {
            Object value = readObject(cls);
            return (T) PojoUtils.realize(value, cls, type);
        }
    
        private String readLine() throws IOException, EOFException {
            String line = reader.readLine();
            if (line == null || line.trim().length() == 0) throw new EOFException();
            return line;
        }
    
    }

    ObjectOutPut接口,完成数据序列化输出操作

    public interface ObjectOutput extends DataOutput {
    
        /**
         * write object.
         *
         * @param obj object.
         */
        void writeObject(Object obj) throws IOException;
    
    }

    实现类FastJsonObjectOutput简单来说就是使用fastjson接口实现数据序列化并输出操作。

    public class FastJsonObjectOutput implements ObjectOutput {
    
        private final PrintWriter writer;
    
        public FastJsonObjectOutput(OutputStream out) {
            this(new OutputStreamWriter(out));
        }
    
        public FastJsonObjectOutput(Writer writer) {
            this.writer = new PrintWriter(writer);
        }
    
        public void writeBool(boolean v) throws IOException {
            writeObject(v);
        }
    
        public void writeByte(byte v) throws IOException {
            writeObject(v);
        }
    
        public void writeShort(short v) throws IOException {
            writeObject(v);
        }
    
        public void writeInt(int v) throws IOException {
            writeObject(v);
        }
    
        public void writeLong(long v) throws IOException {
            writeObject(v);
        }
    
        public void writeFloat(float v) throws IOException {
            writeObject(v);
        }
    
        public void writeDouble(double v) throws IOException {
            writeObject(v);
        }
    
        public void writeUTF(String v) throws IOException {
            writeObject(v);
        }
    
        public void writeBytes(byte[] b) throws IOException {
            writer.println(new String(b));
        }
    
        public void writeBytes(byte[] b, int off, int len) throws IOException {
            writer.println(new String(b, off, len));
        }
    
        public void writeObject(Object obj) throws IOException {
            SerializeWriter out = new SerializeWriter();
            JSONSerializer serializer = new JSONSerializer(out);
            serializer.config(SerializerFeature.WriteEnumUsingToString, true);
            serializer.write(obj);
            out.writeTo(writer);
            out.close(); // for reuse SerializeWriter buf
            writer.println();
            writer.flush();
        }
    
        public void flushBuffer() throws IOException {
            writer.flush();
        }
    
    }

    展开全文
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空空如也

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