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【超详细讲解】什么是序列化和反序列化？

news 来源：原创 2025/6/2 12:26:11

目录

一、什么是序列化（Serialization）？

举个直观的例子

二、什么是反序列化（Deserialization）？

三、为什么需要序列化？

四、常见的序列化格式对比

五、序列化底层是怎么做的？

序列化过程：

反序列化过程：

六、序列化/反序列化常见坑

七、实际工程中应该怎么做？

八、总结

在实际项目开发中，“序列化（Serialization）”和“反序列化（Deserialization）”几乎无处不在。
但很多刚入门的同学，对它们的理解还停留在“转成字符串、传来传去”这么简单的层面。
其实，序列化的作用、原理、选择不同序列化协议的考量、安全风险、性能优化，每一个点都值得深入探讨！

一、什么是序列化（Serialization）？

序列化是将对象的状态转换为可存储或可传输格式的过程。

对象在内存中一般以特定的数据结构（指针、引用、哈希表、链表等）存在，直接传输内存数据是不可靠的（不同机器架构不同、数据对齐不同、指针无意义等问题）。

所以我们需要将对象转换成连续的字节流（或标准格式的文本），使得：

  • 可以写入磁盘文件

  • 可以通过网络发送到远端

  • 可以被其他进程或设备正确解析

简单来说，序列化是让数据“离开内存，去旅行”的必备装备。

举个直观的例子

C++中的一个对象：

struct User {std::string name;int age;
};
User u{"Alice", 24};

序列化后，可能得到这样一段JSON字符串：

{"name": "Alice", "age": 24}

或者变成一段二进制流，比如：

[0x05][Alice][0x18]

二、什么是反序列化（Deserialization）？

反序列化就是序列化的逆过程。

把收到的字节流或文本格式数据，还原成内存中的对象或数据结构，供程序继续操作。

比如：

  • 从磁盘读取一段JSON数据

  • 解析网络收到的一段Protobuf消息

  • 把Redis里缓存的对象取出来恢复成原始对象

这些都是反序列化的应用。

三、为什么需要序列化？

我们来列一下常见场景：

应用场景为什么需要序列化
网络通信TCP/UDP传输的数据必须是字节流，无法直接传对象
本地持久化把程序状态保存到磁盘，下次能恢复
跨平台数据交换不同系统、不同语言之间必须用标准格式
缓存系统Redis、Memcached存的是序列化后的对象
消息队列Kafka、RabbitMQ里的消息通常也是经过序列化的
RPC调用gRPC、Thrift调用远端服务需要将请求和响应序列化

没有序列化，现代分布式系统、微服务体系几乎无法正常运作！ 

四、常见的序列化格式对比

不同场景适合不同的序列化格式，常见的几种包括：

格式优点缺点典型应用
JSON人类可读、跨平台、广泛支持体积大、解析慢前后端接口、配置文件
XML结构复杂、可扩展性好体积更大、解析更慢SOAP服务、老系统
Protobuf体积小、速度快、强类型定义不易读、需要提前定义proto文件gRPC、分布式系统内部通信
MessagePack比JSON小、解析快不如Protobuf精简移动端、缓存系统
FlatBuffers零拷贝、超高速访问使用复杂、生成文件较大游戏开发、大量实时数据场景
Avro支持Schema进化（动态变化）较重大数据（Hadoop生态）

▶ 简单总结：

  • 传给人看的用 JSON

  • 高性能通信用 Protobuf

  • 体积敏感场景用 MessagePack/FlatBuffers

  • 大数据流用 Avro

五、序列化底层是怎么做的？

不同协议实现不一样，但总体过程类似：

序列化过程：

  1. 遍历对象的各个成员

  2. 把成员名和值按照某种规则编码

  3. 将编码结果组织成二进制流或文本格式

反序列化过程：

  1. 按照协议解析字节流或文本

  2. 提取字段信息

  3. 重新创建对象并赋值

比如 Protobuf 就是通过 proto 文件定义消息结构，在序列化时将字段编号、数据值压缩成紧凑的二进制格式。

六、序列化/反序列化常见坑

  1. 版本兼容问题

    • 加字段、删字段时，旧版本客户端可能崩溃！

    • 解决方案：设计支持“向前兼容”和“向后兼容”的协议（比如 Protobuf 就支持）

  2. 性能瓶颈

    • 大对象频繁序列化/反序列化，CPU和内存开销大

    • 解决方案：缓存序列化结果、优化协议选择

  3. 安全风险

    • 反序列化时如果处理不当，可能被黑客注入恶意数据（反序列化漏洞）

    • 解决方案：只信任可信源数据、限制反序列化对象类型

  4. 浮点数精度问题

    • JSON等文本协议保存浮点数时可能丢失精度

  5. 指针、引用、共享对象问题

    • C++等语言中的裸指针、智能指针需要特别小心处理

七、实际工程中应该怎么做？

▶ 选好序列化协议

  • 轻量级API通信选JSON

  • 高性能微服务内部通信选Protobuf

  • 超高频、大量小数据可以考虑FlatBuffers

▶ 优化性能

  • 尽量复用对象

  • 预先分配好内存

  • 批量处理而不是逐条处理

▶ 注意安全问题

  • 不要反序列化不可信来源的数据

  • 限制反序列化类的白名单

  • 检查数据大小、结构合理性

八、总结

序列化和反序列化是现代系统数据流动的桥梁。

  • 序列化让数据可以跨内存、跨进程、跨机器传递；

  • 反序列化让数据回到可以操作的对象状态；

  • 正确、合理、安全地使用它们，是开发可靠系统的基础技能。

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