標準序列化格式：二進位與文字

1. Java 的二進位序列化

二進位序列化是 Java 的標準機制，會將物件轉換為位元組串流，既緊湊又快速。為此會使用類別 ObjectOutputStream 與 ObjectInputStream。產生的檔案是一串位元組，並非供人類閱讀。

之所以稱為二進位，是因為一切都會以「原始」形式序列化：數字、字串、陣列，甚至物件之間的參考都被轉成位元組。這就像把行李箱塞得很緊：效率高、速度快，但沒有說明書時，很難看出東西放在哪裡。

在 Java 中如何運作？

假設我們有一個類別 User：

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;
    }

    public String getName() { return name; }
    public int getAge() { return age; }
}

序列化為二進位檔案

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;

User user = new User("Vasya", 30);

try (ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("user.bin"))) {
    out.writeObject(user);
    System.out.println("User 物件已序列化到檔案 user.bin");
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

從二進位檔案反序列化

import java.io.FileInputStream;
import java.io.ObjectInputStream;

try (ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("user.bin"))) {
    User loadedUser = (User) in.readObject();
    System.out.println("已從檔案讀取： " + loadedUser.getName() + ", " + loadedUser.getAge());
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

注意：如果用文字編輯器打開檔案 user.bin，你會看到類似：¬í sr ...——這很正常，設計上就是如此！

二進位序列化的優點

• 緊湊與速度。 存取極快，沒有多餘的「裝飾」。
• 會保留物件的所有欄位，包含巢狀物件（前提是它們也可透過 Serializable 序列化）。
• 適合用於內部快取或在 Java 程式之間傳遞。

缺點

• 不可讀。 人類無法「偷看」內容並理解其中含義。
• 對類別版本高度綁定。 變更結構（新增/刪除欄位）可能導致舊檔案無法讀取。
• 不同版本的 Java 與 JVM 之間可能存在相容性問題。
• 不適合與其他程式語言交換資料。
• 安全性： 從不受信任來源反序列化資料是通往弱點的捷徑。

2. 文字序列化格式：JSON、XML 與其他

二進位序列化適合內部使用，但很多時候需要在不同語言（Java、JavaScript、Python）之間傳遞資料，或以可讀形式保存——便於設定、日誌與 API。此時通常使用文字格式：JSON、XML、YAML、CSV 等。

JSON——最受歡迎

JSON (JavaScript Object Notation) 是一種緊湊且可讀的格式。以下是序列化後的 User 物件範例：

{
  "name": "Vasya",
  "age": 30
}

在 Java 中，常用的 JSON 函式庫包括：Jackson（最受歡迎）、Gson，還有 Moshi、JSON-B 等。

XML——程式設計師的老朋友

XML (Extensible Markup Language) 較為「冗長」，但格式正式且嚴謹。

<User>
  <name>Vasya</name>
  <age>30</age>
</User>

對於 XML，在 Java 中經常使用標準函式庫 JAXB（或更早期的 XStream）。

YAML、CSV 與其他

• YAML 與 JSON 相似但更精簡；更常用於設定檔，而非複雜物件的序列化。
• CSV 適合「扁平」表格資料，但不適合巢狀結構。
• 還有其他各式格式，但在 Java 生態中最常用的仍是 JSON 與 XML。

3. 格式比較：何時該用哪一種？

• 二進位——用於內部情境，當不需要與外部系統交換且極致效能最重要時。
• JSON——與 web 應用、行動用戶端與 REST API 交換資料，以及存放設定的最佳選擇。
• XML——當需要嚴格的結構定義並與「企業級」解決方案整合時。

重要！ 二進位序列化僅適合在 Java 程式之間傳遞資料；即便如此，最好也只在相同版本的程式間使用。文字格式如 JSON 與 XML 更為通用：它們適合跨語言與跨平台交換資料，讓資訊可讀且可攜。

4. 實作：序列化為二進位與文字格式

二進位序列化（ObjectOutputStream/ObjectInputStream）

上面已經看過，這裡再複習一次：

// 序列化
try (ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("user.bin"))) {
    out.writeObject(user);
}

// 反序列化
try (ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("user.bin"))) {
    User loadedUser = (User) in.readObject();
}

使用 Jackson 進行 JSON 序列化（簡要）

要使用 Jackson，需將其函式庫加入專案。我們稍後會學習 Maven 與 Gradle，目前也可手動加入 JAR 檔。以下為 Maven 依賴範例：

<!-- Maven -->
<dependency>
    <groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId>
    <artifactId>jackson-databind</artifactId>
    <version>2.17.0</version>
</dependency>

序列化/反序列化範例：

import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;

User user = new User("Vasya", 30);
ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();

try {
    // 序列化為字串
    String json = mapper.writeValueAsString(user);
    System.out.println(json); // {"name":"Vasya","age":30}

    // 序列化到檔案
    mapper.writeValue(new File("user.json"), user);

    // 從字串反序列化
    User loadedUser = mapper.readValue(json, User.class);

    // 從檔案反序列化
    User loadedFromFile = mapper.readValue(new File("user.json"), User.class);

} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

可以用任何文字編輯器打開 JSON 檔，這讓資料易於閱讀，並能在不同應用與語言之間攜帶與交換。

5. 選擇哪種格式：實用建議

• 內部快取、暫存檔、在 Java 程式間快速讀寫： 使用標準二進位序列化。但請留意版本相容性！
• 與外部服務交換、儲存設定、與前端整合： 使用 JSON（Jackson、Gson）。
• 需要嚴格結構並與「企業級」系統整合： XML（JAXB）。
• 需要讓人能直接開啟並閱讀檔案： 選擇 JSON 或 XML，而非二進位格式。

6. 使用序列化格式的常見錯誤

錯誤 1：嘗試序列化含有不可序列化欄位的物件。 若類別包含未實作 Serializable 的欄位（例如串流或資料庫連線），二進位序列化會拋出錯誤。對 JSON 而言問題較小，但遇到「非標準」型別時也可能出狀況。

錯誤 2：用文字編輯器打開二進位檔後被內容嚇到。 這很正常！二進位檔並非用來給人閱讀的。

錯誤 3：修改了類別結構，舊的二進位檔就無法讀取. 二進位序列化對類別結構變更很敏感——常見 InvalidClassException。在 JSON/XML 中問題較小：未知欄位通常會被忽略或使用預設值。

錯誤 4：用二進位序列化與外部系統交換資料。 這行不通：二進位格式只被 Java 理解，而且還要求版本一致。

錯誤 5：處理 JSON/XML 時忘了加上必要的註解。 有些函式庫需要註解如 @JsonProperty、@XmlElement，否則序列化/反序列化可能不如預期。

錯誤 6：沒有確認所有巢狀物件都可被序列化。 這在二進位序列化中很常見；對 JSON 來說也是，如模型包含複雜型別。