Serializable 介面：基本原則

1. Serializable 介面

還記得上一堂課的範例嗎？我們想要序列化的 Java 類別必須實作特殊介面 — java.io.Serializable。這是所謂的標記介面：它不包含任何方法，只是「標記」類別可被序列化。若類別實作了這個介面，JVM 就允許序列化其物件的標準流程。

不建議對所有東西一股腦地序列化，因為不是所有物件都能或需要被轉成位元組保存。有些物件依賴作業系統狀態、已開啟的檔案或網路連線。因此，Java 要求你明確將類別標記為可序列化。

標記介面就像盒子上的「允許打包」貼紙。 如果沒有這張貼紙——包裝工（JVM）就會拒絕工作。

範例：宣告可序列化的類別

import java.io.Serializable;

public class User implements Serializable {
    private String name;
    private int age;

    // 建構子、getter 與 setter
    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    // 為了美觀：toString() 方法
    @Override
    public String toString() {
        return "User{name='" + name + "', age=" + age + "}";
    }
}

請注意：

• 我們只是在類別宣告上加上 implements Serializable。
• 不需要實作任何方法（此介面是空的）。
• 所有可被序列化的 Java 標準類別（例如，ArrayList、HashMap、String）都已經實作了 Serializable。

2. 如何讓自己的類別可序列化

規則第1條：只要加入 implements Serializable

對於類別本身，這就足夠了。但還有一些細節！

重要：所有被引用的物件也必須是可序列化的。
如果你的類別有指向其他物件的欄位，它們也必須可序列化。例如：

public class Profile implements Serializable {
    private User user; // User 必須可序列化！
    private int level;
}

只要有任一欄位不可序列化，嘗試序列化時就會拋出例外。

3. 序列化與反序列化範例

來看看如何把物件序列化到檔案、以及從檔案反序列化。這會用到類別 ObjectOutputStream 和 ObjectInputStream。

範例：將 User 物件序列化到檔案

import java.io.*;

public class SerializeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User("Alice", 30);

        // 將物件存到檔案
        try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("user.ser"))) {
            oos.writeObject(user);
            System.out.println("物件已成功序列化到檔案 user.ser");
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("序列化錯誤: " + e.getMessage());
        }
    }
}

這裡發生了什麼？

• 建立物件 User。
• 開啟串流 ObjectOutputStream，寫入檔案 "user.ser"。
• 呼叫 writeObject(user)。此時 JVM 會把物件轉成位元組串流並存到檔案。

範例：從檔案反序列化物件

import java.io.*;

public class DeserializeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 從檔案讀取物件
        try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("user.ser"))) {
            User user = (User) ois.readObject();
            System.out.println("物件已成功還原: " + user);
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            System.out.println("反序列化錯誤: " + e.getMessage());
        }
    }
}

這裡發生了什麼？

• 開啟串流 ObjectInputStream，從檔案 "user.ser" 讀取。
• 呼叫 readObject()。JVM 會從位元組還原物件。
• 別忘了將結果轉型成需要的型別（User），因為 readObject() 會回傳 Object。
• 若找不到類別 User，可能會拋出 ClassNotFoundException。

綜合範例：序列化與反序列化

import java.io.*;

public class SerializationExample {
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User("Bob", 22);

        // 序列化
        try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("user.ser"))) {
            oos.writeObject(user);
            System.out.println("序列化完成!");
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("序列化錯誤: " + e.getMessage());
        }

        // 反序列化
        try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("user.ser"))) {
            User loaded = (User) ois.readObject();
            System.out.println("反序列化完成! " + loaded);
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            System.out.println("反序列化錯誤: " + e.getMessage());
        }
    }
}

結果：

序列化完成!
反序列化完成! User{name='Bob', age=22}

4. 序列化時「底層」發生了什麼

當你呼叫 writeObject 時，JVM 會先檢查類別是否實作介面 Serializable。如果類別未被標記為可序列化，會丟出例外。接著 JVM 會遍歷物件的所有一般欄位（也就是既非 static、也非 transient 的欄位），並把它們的值寫入位元組串流。若其中包含其他物件，且那些物件也實作了 Serializable，就會遞迴地序列化它們。

在反序列化時，物件會在未呼叫一般建構子的情況下被建立，欄位則以儲存的值填入——就像「沒有建構子的建構子」把物件從位元組串流中喚醒。

有些欄位不會被序列化。static 欄位屬於類別本身，而非個別物件，因此其值不會被保存。標記為 transient 的欄位也會被略過——這對暫存資料、快取或像密碼這類機密資訊很方便。

序列化流程示意圖

flowchart TB
    A[記憶體中的 User 物件] -- writeObject --> B[ObjectOutputStream]
    B -- 儲存位元組 --> C[檔案 user.ser]
    C -- readObject --> D[ObjectInputStream]
    D -- 還原 --> E[記憶體中的 User 物件]

5. 使用 Serializable 的常見錯誤

錯誤第1點：指向不可序列化物件的欄位。 如果在類別 User 中出現像 Thread 或 Socket 這樣的欄位，序列化將無法進行。不是所有物件都能序列化——請記住這點！

錯誤第2點：不可序列化的巢狀類別。 如果類別 User 包含非 static 的內部類別，序列化可能會失敗。最好使用 static 巢狀類別或獨立的類別檔。

錯誤第3點：嘗試序列化 static 欄位。 static 欄位不會被序列化——它們屬於類別而非物件。反序列化後，static 欄位的值將以類別中定義的值為準，而非序列化時物件的值。

錯誤第4點：類別版本不相符。 如果在序列化之後修改了類別結構（例如新增或移除欄位），再嘗試反序列化舊物件時，可能會出現 InvalidClassException。為了控管版本，會使用特殊欄位 serialVersionUID——下一堂課我們會更詳細討論它。