魚皮項目簡易版 RPC 框架開發（三）

本文為筆者閱讀魚皮的項目《簡易版 RPC 框架開發》的筆記，如果有時間可以直接去看原文，

1. 簡易版 RPC 框架開發

前面的內容可以筆者的前面兩個篇筆記

魚皮項目簡易版 RPC 框架開發（一）

魚皮項目簡易版 RPC 框架開發（二）

引用：

1. 簡易版 RPC 框架開發

魚皮項目簡易版 RPC 框架開發（一）

魚皮項目簡易版 RPC 框架開發（二）

RPC框架的簡單理解

ByteArrayOutputStream詳解

Java中ObjectOutputStream和ObjectInputStream的基本使用詳解

ByteArrayInputStream 類詳解

對象的反序列化流ObjectInputStream

在分布式系統中，RPC（遠程過程調用）框架的核心挑戰之一是如何高效地在網絡間傳輸對象數據。序列化器模塊正是解決這一問題的關鍵組件。本文將深入解析一個RPC框架中的序列化器實現，揭示其設計哲學與技術細節。

代碼

Serializer接口

package com.yupi.yurpc.serializer;import java.io.IOException;/*** 序列化器接口*/
public interface Serializer {/*** 序列化** @param object* @param <T>* @return* @throws IOException*/<T> byte[] serialize(T object) throws IOException;/*** 反序列化** @param bytes* @param type* @param <T>* @return* @throws IOException*/<T> T deserialize(byte[] bytes, Class<T> type) throws IOException;
}

JdkSerializer類?

package com.yupi.yurpc.serializer;import java.io.*;/*** JDK 序列化器*/
public class JdkSerializer implements Serializer {/*** 序列化** @param object* @param <T>* @return* @throws IOException*/@Overridepublic <T> byte[] serialize(T object) throws IOException {ByteArrayOutputStream outputStream = new ByteArrayOutputStream();try (ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(outputStream)) {objectOutputStream.writeObject(object);return outputStream.toByteArray();}}/*** 反序列化** @param bytes* @param type* @param <T>* @return* @throws IOException*/@Overridepublic <T> T deserialize(byte[] bytes, Class<T> type) throws IOException {ByteArrayInputStream inputStream = new ByteArrayInputStream(bytes);ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(inputStream);try {return (T) objectInputStream.readObject();} catch (ClassNotFoundException e) {throw new RuntimeException(e);} finally {objectInputStream.close();}}
}

?一、序列化器：分布式通信的基石

序列化器在RPC框架中扮演著數據格式轉換器的角色，主要職責包括：
- 序列化：將內存中的對象轉換為字節流
- 反序列化：將接收的字節流還原為可操作的對象
- 跨語言支持：實現不同語言間的數據交換（可選）
- 性能優化：平衡序列化速度與數據大小

二、抽象接口設計：策略模式的完美實踐

`Serializer.java` 文件定義了序列化器的抽象接口：

public interface Serializer {
? ? <T> byte[] serialize(T object) throws IOException;
? ? <T> T deserialize(byte[] bytes, Class<T> type) throws IOException;
}
?

設計亮點：
1. 泛型支持：使用`<T>`泛型確保類型安全
2. 異常透明：明確聲明`IOException`讓調用方處理異常
3. 簡潔契約：僅定義兩個核心方法，符合接口隔離原則
4. 策略模式：為不同序列化算法提供統一接入點

這種接口設計使得我們可以輕松擴展各種序列化實現（JSON、Protobuf、Hessian等），而無需修改框架核心代碼。

三、JDK實現：Java原生序列化解析

`JdkSerializer.java` 提供了基于Java原生序列化的實現：

// 序列化實現
public <T> byte[] serialize(T object) throws IOException {
? ? ByteArrayOutputStream outputStream = new ByteArrayOutputStream();
? ? try (ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(outputStream)) {
? ? ? ? objectOutputStream.writeObject(object);
? ? ? ? return outputStream.toByteArray();
? ? }
}

// 反序列化實現
public <T> T deserialize(byte[] bytes, Class<T> type) throws IOException {
? ? try (ByteArrayInputStream inputStream = new ByteArrayInputStream(bytes);
? ? ? ? ?ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(inputStream)) {
? ? ? ? return (T) objectInputStream.readObject();
? ? } catch (ClassNotFoundException e) {
? ? ? ? throw new RuntimeException("類未找到: " + e.getMessage());
? ? }
}
?

關鍵技術點：

1. 內存流優化
? ?- 使用`ByteArrayOutputStream`避免磁盤IO
? ?- 字節數組操作大幅提升性能

2. 資源安全管理
? ?- 序列化使用try-with-resources自動關閉資源
? ?- 反序列化優化后同樣采用自動關閉

3. 異常處理策略
? ?- 檢查異常`IOException`傳遞給調用方
? ?- `ClassNotFoundException`轉換為運行時異常
? ?- 添加明確錯誤信息便于問題定位

4. 類型轉換安全
? ?- 基于傳入的`Class<T> type`進行類型校驗
? ?- 類型轉換前確保對象兼容性

四、序列化器設計進階思考

1. 性能優化方向

? ?// 示例：添加緩存優化
? ?private final Map<Class<?>, SoftReference<byte[]>> serializationCache =?
? ? ? ?new ConcurrentHashMap<>();
?

2. 安全增強方案

? ?// 示例：限制反序列化類
? ?objectInputStream.setObjectInputFilter(filterInfo ->?
? ? ? ?allowedClasses.contains(filterInfo.serialClass()) ??
? ? ? ? ? ?ObjectInputFilter.Status.ALLOWED :?
? ? ? ? ? ?ObjectInputFilter.Status.REJECTED);
?

3. 擴展性設計

? ?// 示例：支持多種序列化協議
? ?public enum SerializerAlgorithm {
? ? ? ?JDK((byte)1), JSON((byte)2), PROTOBUF((byte)3);
? ? ? ?
? ? ? ?public static Serializer getByCode(byte code) {
? ? ? ? ? ?// 根據編碼返回對應序列化器
? ? ? ?}
? ?}
?

?五、序列化技術選型對比

| 特性 ? ? ? ? ?| JDK序列化 ? ?| JSON ? ? ? | Protobuf ? |
|---------------|------------|------------|------------|
| 跨語言支持 ? ? ?| ? ? ? ? ? ?| ? ? ? ? ? ?| ? ? ? ? ? ?|
| 數據大小 ? ? ? ?| 大 ? ? ? ? ?| 中 ? ? ? ? ?| 小 ? ? ? ? ?|
| 性能 ? ? ? ? ? | 低 ? ? ? ? ?| 中 ? ? ? ? ?| 高 ? ? ? ? ?|
| 可讀性 ? ? ? ? | ? ? ? ? ? ?| ? ? ? ? ? ?| ? ? ? ? ? ?|
| 開發便利性 ? ? ?| ? ? ? ? ? ?| ? ? ? ? ? ?| 中 ? ? ? ? ?|

選型建議：內部系統可優先考慮JDK序列化；跨語言場景推薦Protobuf；調試階段可使用JSON

?六、最佳實踐總結

1. 接口隔離原則：保持序列化接口簡潔明確
2. 資源安全：始終確保流的正確關閉
3. 類型安全：在反序列化時驗證類型信息
4. 異常分層：區分可恢復異常與系統級錯誤
5. 可擴展設計：預留協議升級和算法替換能力
6. 安全防護：對反序列化操作施加白名單限制

序列化器作為RPC框架的通信基石，其設計質量直接影響整個系統的性能和可靠性。通過清晰的接口定義和嚴謹的實現細節，我們為構建高性能分布式系統奠定了堅實基礎。

補充

ByteArrayOutputStream

ByteArrayOutputStream 對byte類型數據進行寫入的類相當于一個中間緩沖層，將類寫入到文件等其他outputStream。它是對字節進行操作，屬于內存操作流

ByteArrayOutputStream繼承了OutputStream類

ByteArrayOutputStream類中的成員和方法的介紹：

protected byte buf[];
//數據存儲的地方
protected int count;
//計數器  表示數據的個數

ByteArrayOutputStream的構造方法有兩個；

//創建一個新的 byte 數組輸出流。緩沖區的容量最初是 32 字節，如有必要可增加其大小public ByteArrayOutputStream() {this(32);}//創建一個新的 byte 數組輸出流，它具有指定大小的緩沖區容量（以字節為單位）public ByteArrayOutputStream(int size) {if (size < 0) {throw new IllegalArgumentException("Negative initial size: "+ size);}buf = new byte[size];}

而ByteArrayOutputStream中有三個write()方法：

//將指定的int類型的數據寫入此 byte 數組輸出流
public ?void write(int b){ensureCapacity(count + 1);buf[count] = (byte) b;count += 1;
}/**將指定 byte 數組中從偏移量?off 開始的?len 個字節寫入此 byte 數組輸出流。*/
public ?void write(byte b[], int off, int len){if ((off < 0) || (off > b.length) || (len < 0) ||((off + len) - b.length > 0)) {throw new IndexOutOfBoundsException();}ensureCapacity(count + len);System.arraycopy(b, off, buf, count, len);count += len;
}

toByteArray()方法

//創建一個新分配的 byte 數組。其大小是此輸出流的當前大小，并且緩沖區的有效內容已復制到該數組中。public synchronized byte toByteArray()[] {return Arrays.copyOf(buf, count);}

ObjectOutputStream

ObjectOutputStream是一個高級流，將 Java 對象的基本數據類型和圖形寫入 OutputStream。可以使用 ObjectInputStream 讀取（重構）對象。通過在流中使用文件可以實現對象的持久存儲。如果流是網絡套接字流，則可以在另一臺主機上或另一個進程中重構對象。

注意：只能將支持 java.io.Serializable 接口的對象寫入流中。每個 serializable 對象的類都被編碼，編碼內容包括類名和類簽名、對象的字段值和數組值，以及從初始對象中引用的其他所有對象的閉包。

構造函數
//為完全重新實現 ObjectOutputStream 的子類提供一種方法，讓它不必分配僅由 ObjectOutputStream 的實現使用的私有數據。
protected ObjectOutputStream();//創建寫入指定 OutputStream 的 ObjectOutputStream。此構造方法將序列化流部分寫入底層流；調用者可以通過立即刷新流，確保在讀取頭部時，用于接收 ObjectInputStreams 構造方法不會阻塞。
public ObjectOutputStream(OutputStream out);

常用方法

//將指定的對象寫入 ObjectOutputStream。對象的類、類的簽名，以及類及其所有超類型的非瞬態和非靜態字段的值都將被寫入。

public final void writeObject(Object obj);

這兩個的input對應的是他們的輸入方法

ByteArrayInputStream 類詳解

ByteArrayInputStream?是 Java 中用于從字節數組讀取數據的輸入流，位于?java.io?包。它允許將內存中的字節數組當作輸入流來讀取，是處理內存數據的常用工具。

1. 核心特性
內存數據源：從字節數組（byte[]）讀取數據
無需關閉：close() 方法為空操作（無系統資源需要釋放）
線程不安全：多線程訪問需外部同步
支持標記/重置：可重復讀取數據（mark() 和 reset()）
2. 類繼承關系

3. 構造方法
? ? ? ? ? ? ? ?構造方法? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 說明
ByteArrayInputStream(byte[] buf)? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 使用整個字節數組作為數據源
ByteArrayInputStream(byte[] buf, int offset, int length)?? ?使用數組的指定區間
4. 核心方法
（1）讀取數據
? ? ? ? ? ? 方法? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?說明
int read()? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 讀取單個字節（返回0-255，-1表示結束）
int read(byte[] b, int off, int len)?? ?讀取數據到字節數組
long skip(long n)? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 跳過指定字節數