Java高性能序列化工具Kryo序列化

概述

Kryo 是一个快速序列化/反序列化工具，依赖于字节码生成机制（底层使用了 ASM 库)，因此在序列化速度上有一定的优势，但正因如此，其使用也只能限制在基于 JVM 的语言上。

和 Hessian 类似，Kryo 序列化出的结果，是其自定义的、独有的一种格式。由于其序列化出的结果是二进制的，也即 byte[]，因此像 Redis 这样可以存储二进制数据的存储引擎是可以直接将 Kryo 序列化出来的数据存进去。当然你也可以选择转换成 String 的形式存储在其他存储引擎中（性能有损耗）。

基础用法

介绍了这么多，接下来我们就来看看 Kryo 的基础用法吧。其实对于序列化框架来说，API 基本都差不多，毕竟入参和出参通常都是确定的（需要序列化的对象/序列化的结果）。在使用 Kryo 之前，我们需要引入相应的依赖。

<dependency><groupId>com.esotericsoftware</groupId><artifactId>kryo</artifactId><version>5.2.0</version>
</dependency>
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基本使用如下所示

import com.esotericsoftware.kryo.Kryo;
import com.esotericsoftware.kryo.io.Input;
import com.esotericsoftware.kryo.io.Output;
import java.io.*;public class HelloKryo {static public void main(String[] args) throws Exception {Kryo kryo = new Kryo();kryo.register(SomeClass.class);SomeClass object = new SomeClass();object.value = "Hello Kryo!";Output output = new Output(new FileOutputStream("file.bin"));kryo.writeObject(output, object);output.close();Input input = new Input(new FileInputStream("file.bin"));SomeClass object2 = kryo.readObject(input, SomeClass.class);input.close();System.out.println(object2.value);}static public class SomeClass {String value;}
}
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Kryo 类会自动执行序列化。Output 类和 Input 类负责处理缓冲字节，并写入到流中。

如果序列化前和序列化后类的字段不一致，反序列化会失败。

Kryo 的序列化

作为一个灵活的序列化框架，Kryo 并不关心读写的数据，作为开发者，你可以随意使用 Kryo 提供的那些开箱即用的序列化器。

Kryo 的注册

和很多其他的序列化框架一样，Kryo 为了提供性能和减小序列化结果体积，提供注册的序列化对象类的方式。在注册时，会为该序列化类生成 int ID，后续在序列化时使用 int ID 唯一标识该类型。注册的方式如下：

kryo.register(SomeClass.class);
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或者

kryo.register(SomeClass.class, 1);
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可以明确指定注册类的 int ID，但是该 ID 必须大于等于 0。如果不提供，内部将会使用 int++的方式维护一个有序的 int ID 生成。

Kryo 的序列化器

Kryo 支持多种序列化器，通过源码我们可窥知一二

具体可参考 :point_right: 「Kryo 支持的序列化类型」

虽然 Kryo 提供的序列化器可以读写大多数对象，但开发者也可以轻松的制定自己的序列化器。篇幅限制，这里就不展开说明了，仅以默认的序列化器为例。

对象引用

在新版本的 Kryo 中，默认情况下是不启用对象引用的。这意味着如果一个对象多次出现在一个对象图中，它将被多次写入，并将被反序列化为多个不同的对象。

举个例子，当开启了引用属性，每个对象第一次出现在对象图中，会在记录时写入一个 varint，用于标记。当此后有同一对象出现时，只会记录一个 varint，以此达到节省空间的目标。此举虽然会节省序列化空间，但是是一种用时间换空间的做法，会影响序列化的性能，这是因为在写入/读取对象时都需要进行追踪。

开发者可以使用 kryo 自带的 setReferences 方法来决定是否启用 Kryo 的引用功能。

public class KryoReferenceDemo {public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException {Kryo kryo = new Kryo();kryo.register(User.class);kryo.register(Account.class);User user = new User();user.setUsername("alvin");Account account = new Account();account.setAccountNo("10000");// 循环引用user.setAccount(account);account.setUser(user);// 这里需要设置为true，才不会报错kryo.setReferences(true);Output output = new Output(new FileOutputStream("kryoreference.bin"));kryo.writeObject(output, user);output.close();Input input = new Input(new FileInputStream("kryoreference.bin"));User object2 = kryo.readObject(input, User.class);input.close();System.out.println(object2.getUsername());System.out.println(object2.getAccount().getAccountNo());}public static class User {private String username;private Account account;public String getUsername() {return username;}public void setUsername(String username) {this.username = username;}public Account getAccount() {return account;}public void setAccount(Account account) {this.account = account;}}public static class Account {private String accountNo;private String amount;private User user;public String getAccountNo() {return accountNo;}public void setAccountNo(String accountNo) {this.accountNo = accountNo;}public String getAmount() {return amount;}public void setAmount(String amount) {this.amount = amount;}public User getUser() {return user;}public void setUser(User user) {this.user = user;}}
}
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如果序列化前的setReferences(false)，后面设置setReferences(true)进行反序列化，会失败。

线程不安全

Kryo 不是线程安全的。每个线程都应该有自己的 Kryo 对象、输入和输出实例。

因此在多线程环境中，可以考虑使用 ThreadLocal 或者对象池来保证线程安全性。

ThreadLocal + Kryo 解决线程不安全

ThreadLocal 是一种典型的牺牲空间来换取并发安全的方式，它会为每个线程都单独创建本线程专用的 kryo 对象。对于每条线程的每个 kryo 对象来说，都是顺序执行的，因此天然避免了并发安全问题。创建方法如下：

static private final ThreadLocal<Kryo> kryos = new ThreadLocal<Kryo>() {protected Kryo initialValue() {Kryo kryo = new Kryo();// 在此处配置kryo对象的使用示例，如循环引用等return kryo;};
};Kryo kryo = kryos.get();
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之后，仅需要通过 kryos.get() 方法从线程上下文中取出对象即可使用。

对象池 + Kryo 解决线程不安全

「池」是一种非常重要的编程思想，连接池、线程池、对象池等都是

「复用」思想的体现，通过将创建的“对象”保存在某一个“容器”中，以便后续反复使用，避免创建、销毁的产生的性能损耗，以此达到提升整体性能的作用。

Kryo 对象池原理也是如此。Kryo 框架自带了对象池的实现，整个使用过程不外乎创建池、从池中获取对象、归还对象三步，以下为代码实例。

// Pool constructor arguments: thread safe, soft references, maximum capacity
Pool<Kryo> kryoPool = new Pool<Kryo>(true, false, 8) {protected Kryo create () {Kryo kryo = new Kryo();// Kryo 配置return kryo;}
};// 获取池中的Kryo对象
Kryo kryo = kryoPool.obtain();
// 将kryo对象归还到池中
kryoPool.free(kryo);
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创建 Kryo 池时需要传入三个参数，其中第一个参数用于指定是否在 Pool 内部使用同步，如果指定为 true，则允许被多个线程并发访问。第三个参数适用于指定对象池的大小的，这两个参数较容易理解，因此重点来说一下第二个参数。

如果将第二个参数设置为 true，Kryo 池将会使用 java.lang.ref.SoftReference 来存储对象。这允许池中的对象在 JVM 的内存压力大时被垃圾回收。Pool clean 会删除所有对象已经被垃圾回收的软引用。当没有设置最大容量时，这可以减少池的大小。当池子有最大容量时，没有必要调用 clean，因为如果达到了最大容量，Pool free 会尝试删除一个空引用。

创建完 Kryo 池后，使用 kryo 就变得异常简单了，只需调用 kryoPool.obtain() 方法即可，使用完毕后再调用 kryoPool.free(kryo) 归还对象，就完成了一次完整的租赁使用。

理论上，只要对象池大小评估得当，就能在占用极小内存空间的情况下完美解决并发安全问题。如果想要封装一个 Kryo 的序列化方法，可以参考如下的代码

public static byte[] serialize(Object obj) {Kryo kryo = kryoPool.obtain();// 使用 Output 对象池会导致序列化重复的错误（getBuffer返回了Output对象的buffer引用）try (Output opt = new Output(1024, -1)) {kryo.writeClassAndObject(opt, obj);opt.flush();return opt.getBuffer();}finally {kryoPool.free(kryo);}
}
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小结

相较于 JDK 自带的序列化方式，Kryo 的性能更快，并且由于 Kryo 允许多引用和循环引用，在存储开销上也更小。

只不过，虽然 Kryo 拥有非常好的性能，但其自身却舍去了很多特性，例如线程安全、对序列化对象的字段修改等。虽然这些弊端可以通过 Kryo 良好的扩展性得到一定的满足，但是对于开发者来说仍然具有一定的上手难度，不过这并不能影响其在 Java 中的地位。