序列化

序列化。序列化在計算機科學中通常有以下定義：用途.為了達成上述功能其一能有效作用，則必須與硬體結構保持獨立性。譬如說為了能最大化分散式的使用，在不同硬體執行的計算機，應該能夠可靠地重建序列化資料流，而不依賴於位元組序。雖然直接複拷記憶體中的資料結構更簡便又快速，可是對於其它不同硬體的機器，卻無法可靠地運作。以獨立於硬體之外的格式來序列化資料結構，要避開位元組序、記憶體佈局、或在不同程式語言中資料結構如何表示等等之類的問題。對於任何序列化方案的本質來說，因為資料編碼是根據定義連續串在一起的，提取序列化資料結構中的某一部份，則需要從頭到尾讀取整個物件並且重新建構。這樣的資料線性在許多應用中是有利的，因為它使輸出入介面簡單而共同，能被用來保持及傳遞物件的狀態。要求高效能的應用時，花費精力處理更複雜的非線性儲存系統是有其必要意義的。即使在單一機器上，原始的指標物件也非常脆弱無法儲存，因為它們指向的標地可能重新載入到記憶體中的不同位址。為了處理這個問題，序列化過程包括一個步驟：將參照的直接指標轉換為以名稱或位置的間接參照，稱之為不揮發驅動，所以共通程式碼可同時進行兩次，因此，這技術應用在內容隨時間變化的使用者介面程式設計中－依照輸入事件來處理圖形物件的產生、移除、更改或製作，而無需編寫另外的程式碼執行這些操作。缺點.序列化可能會破解抽象資料型別的封裝實作，而使其詳細內容曝光。簡單的序列化實作可能違反物件導向中私有資料成員需要封裝，儲存成一些相對具可讀性的序列化格式中，使備份資料不因資訊技術變遷而過時。序列化格式.20世紀80年代初的全錄網路系統快遞技術影響了第一個廣泛採用的標準。Sun Microsystems在1987年釋出了外部資料表示法應用於產生人類可讀的文字編碼。資料以這樣的編碼使存續的物件能有效用，無論相對於人是否可閱讀與理解，或與程式語言無關地傳遞給其它資訊系統。它缺點是失去了紮實的編碼位元組流，但截至目前技術上所提供大量的儲存和傳輸容量，使得檔案大小的考量，已不同於早期電腦科學的重視程度。二進位制XML被提議作為一種妥協方式，它不能被純文字編輯器讀取，但比一般XML更為紮實。在二十一世紀的Ajax技術網頁中，XML經常應用於結構化資料在客端和伺服端之間的非同步傳輸。相較於XML，JSON是一種輕量級的純文字替代，也常用於網頁應用中的客端－伺服端通訊。JSON肇基於JavaScript語法所衍生，但也廣為其它程式語言所支援。與JSON類似的另一個替代方案是YAML，它包含加強序列化的功能，更“人性化”而且更紮實。這些功能包括標記資料型別，支援非階層式資料結構，縮排結構化資料的選項以及多種形式的純量資料引用的概念。另一種可讀的序列化格式是屬性列表。應用在NeXTSTEP、GNUstep和macOS Cocoa環境中。針對於科學使用的大量資料集合，例如氣候，海洋模型和衛星資料，已經開發了特定的二進位制序列化標準，例如HDF，netCDF和較舊的GRIB。程式語言支援.一些物件導向的程式語言直接支援物件序列化，可藉由語法糖元素或者提供了標準介面。這些程式語言其中有Ruby，Smalltalk，Python，PHP，Objective-C，Delphi，Java 和.NET系列語言。若是缺少原生支援序列化的程式語言，也可使用額外的函式庫來新增功能。C/C++.C 和 C++ 沒有提供任何型別的高階序列化構造，但是兩種語言都支援將內建資料型別以及一般的資料結構codice_1輸出為二進位制資料。因此，開發人員自己定義序列化函式是顯而易舉的。此外，基於編譯器的解決方案，如用於 C++ 的ODB ORM系統，能夠自動產生類別宣告的序列化原始碼，不必修改或僅少量的修改。其它普及的序列化框架是有來自Boost框架的Boost.Serialization，S11n和Cereal等框架。微軟的MFC框架也提供序列化方法，作為其檔案檢視(Document-View)架構的部件。Java.Java 提供自動序列化，需要以codice_2介面的例項來標明物件。實作介面將類別標明為“可序列化”，然後Java在內部處理序列化。在codice_3介面上並沒有預先定義序列化的方法，但可序列化類別可任意定義某些特定名稱和簽署的方法，如果這些方法有定義了，可被呼叫執行序列化/反序列化部份過程。該語言允許開發人員以另一個codice_4介面，更徹底地實作並覆蓋序列化過程，這個介面包括了儲存和恢復物件狀態的兩種特殊方法。在預設情況下有三個主要原因使物件無法被序列化。其一，在序列化狀態下並不是所有的物件都能獲取到有用的語義。例如，codice_5物件繫結到當前Java虛擬機器的狀態，對codice_5物件狀態的反序列化環境來說，沒有意義。其二，物件的序列化狀態構成其類別相容性締結的類別不應該是可序列化的，也不能外部化。上述三種情形，必須實作codice_3介面來存取Java內部的序列化機制。標準的編碼方法將欄位簡單轉換為位元組流。原生型別以及永久和非靜態的物件參照，會被編碼到位元組流之中。序列化物件參照的每個物件，若其中未標明為codice_8的欄位，也必須被序列化；如果整個過程中，參照到的任何永久物件不能序列化，則這個過程會失敗。開發人員可將物件標記為暫時的，或針對物件重新定義的序列化，來影響序列化的處理過程，以截斷參照圖的某些部份而不序列化。Java並不使用建構函式來序列化物件。由JDBC也可對Java物件進行序列化，並將其儲存到資料庫中。雖然Swing元件的確例項化了Serializable介面，但它們不能移植到有版本差異的Java虛擬機器之間。因此，Swing元件或任何繼承它的元件可以序列化為位元組陣列，但不能保證這個倉存在另一臺機器上可讀取。Perl.由CPAN所提供的幾個Perl模組提供序列化機制，包括了codice_9，codice_10和codice_11。codice_9包括將檔案或Perl純量的資料結構，將其序列化和反序列化的功能。除了直接序列化到檔案之外，codice_9還包含了凍結功能，將包裝為純量的資料，返回其序列化的副本；並可用codice_14(解凍)這個純量來反序列化。這對於以網路插座傳送複雜的資料結構，或將其儲存於資料庫中非常有用。當利用Storable對結構進行序列化時，具備了網路安全性的功能，它們以降低一點效能的成本，將資料儲存為任何計算機可讀取的格式。這些功能的名稱有codice_15，codice_16等。依硬體特定的，帶字母“n”函式所序列化的這些結構，則以沒有字母“n”的函式將之反序列化－常態地解凍並擷取反序列化結構。PHP.PHP最初透過內建的codice_17和codice_18函式來實作序列化。PHP可以序列化任何其它資料型別，除了資源以外。對不受信任的資料上使用內建的codice_18函式時，通常是有風險的。對於物件有兩種“魔術方法”，codice_20和codice_21，可以在類別中實作。而會分別從codice_17和codice_18中呼叫，對應於清理和恢復物件的功能。例如，在序列化時可能需要關閉資料庫連線，並在反序列化時恢復連線；這個功能可在這兩種魔術方法中處理。它們也允許物件選擇哪些屬性可被序列化。從PHP 5.1開始有物件導向的序列化機制，即為codice_3介面。Python.Python程式設計核心的序列化機制是codice_25標準函式庫，這名稱暗示資料庫相關的特別術語“浸漬”，來描述資料反序列化。錯誤格式或蓄意構建的資料，可能導致序列反解器匯入任意模組，而且例項化任何物件。這個函式庫有另外包括序列化為標準資料格式的模組：json的，但開發人員能註冊自訂定義的“縮減”和構造功能，來支援任何型別的浸漬和序列化。Pickle最初是純粹以Python程式語言來實作的模組，但在Python 3之前的版本中，cPickle模組提供了更快速的效能。cPickle從Unladen Swallow專案改造而成。在Python 3中，開發人員應該匯入標準版本，該版本會嘗試匯入加速版本並返回純Python版本。.NET Framework..NET框架有幾個由微軟設計的序列化器。第三方協力廠商也有許多序列化器。Delphi.Delphi提供將元件序列化的內建機制，完全與開發環境整合。元件的內容會被儲存在DFM檔案中，並即時重新載入。OCaml.OCaml的標準函式庫提供codice_28模組和codice_29函式，codice_30和codice_31用於編組。雖然OCaml程式設計是靜態型別檢查的，但Marshal模組的使用可能會破壞型別保證，因為沒有方法能檢查反序列的流，是否代表期望型別的物件。OCaml中的函式或含有函式的資料結構。標準編組功能可以配置一個旗標，來共享和迴圈資料的處理。Smalltalk.通常，非遞迴和非共享的物件能利用codice_32協議，以人類可讀的形式來儲存和擷取。codice_33方法產生一個Smalltalk表示式原文，而以codice_34評估時：重新建立原始物件。這方案特殊之處在於它利用物件的程式描述，而不是資料本身。因此它非常有彈性，允許更緊密的表示類別定義。不過在其原始形式中，它不處理迴圈的資料結構，也不保留共享參照的識別。為此，存在各種可攜和非可攜式的代替方案。其中一些屬於特定的Smalltalk實作或是類別館。在Squeak Smalltalk中有幾種方法可以序列化和儲存物件。最簡單和最常用的是codice_32，和根基於codice_36二進位制儲存格式的序列化程式。此外對於包裹物件，可以用來儲存和擷取。兩者都提供了所謂的“二進位制物件倉存框架”，可對緊密二的進位制形式執行序列化和擷取。兩者都處理迴圈的、遞迴的和共享的結構，儲存/擷取類別和父類別資訊，並且包括用於“即時”遷移物件的機制。這些API雖然彼此相似，但編碼細節是不同的，使得這兩種格式並不相容。而Smalltalk/X是自由開放原始碼的，能被載入到其它Smalltalks方言中，允許它們之間能互相交換。物件序列化並非ANSI Smalltalk規範的一部份。因此，序列化物件的程式碼因Smalltalk實作而異，所得到的二進位制資料也不同。例如在Ambrai中就無法恢復在Squeak中所建立的序列化物件。所以，不同Smalltalk實作的各種應用程式，無法在不同實作之間共享資料。這些應用程式包括MinneStore物件資料庫和一些RPC包。這個問題的解決方案是SIXX，它是一個使用XML格式進行序列化的Smalltalks的軟體包。