Философия Java

Использование устойчивости


Достаточно привлекательно использовать технологию сериализации для хранения некоторых состояний вашей программы, чтобы в последствии вы могли легко восстановить программу до текущего состояния. Но прежде, чем сделать это, необходимо ответить на некоторые вопросы. Что случится, если вы сериализуете два объекта, оба из которых имеют ссылки на один объект? Когда вы восстановите эти два объекта из их сериализованного состояния, будите ли вы иметь только один экземпляр третьего объекта? Что, если вы сериализуете два объекта в различные файлы, а десериализуете их в различных частях кода?

Вот пример, показывающий эту проблему:

//: c11:MyWorld.java

import java.io.*; import java.util.*;

class House implements Serializable {}

class Animal implements Serializable { String name; House preferredHouse; Animal(String nm, House h) { name = nm; preferredHouse = h; } public String toString() { return name + "[" + super.toString() + "], " + preferredHouse + "\n"; } }

public class MyWorld { public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException { House house = new House(); ArrayList animals = new ArrayList(); animals.add( new Animal("Bosco the dog", house)); animals.add( new Animal("Ralph the hamster", house)); animals.add( new Animal("Fronk the cat", house)); System.out.println("animals: " + animals);

ByteArrayOutputStream buf1 = new ByteArrayOutputStream(); ObjectOutputStream o1 = new ObjectOutputStream(buf1); o1.writeObject(animals); o1.writeObject(animals); // Запись второго класса

// Запись в другой поток:

ByteArrayOutputStream buf2 = new ByteArrayOutputStream(); ObjectOutputStream o2 = new ObjectOutputStream(buf2); o2.writeObject(animals); // Теперь получаем назад:

ObjectInputStream in1 = new ObjectInputStream( new ByteArrayInputStream( buf1.toByteArray())); ObjectInputStream in2 = new ObjectInputStream( new ByteArrayInputStream( buf2.toByteArray())); ArrayList animals1 = (ArrayList)in1.readObject(); ArrayList animals2 = (ArrayList)in1.readObject(); ArrayList animals3 = (ArrayList)in2.readObject(); System.out.println("animals1: " + animals1); System.out.println("animals2: " + animals2); System.out.println("animals3: " + animals3); } } ///:~


Одна вещь, которая интересна здесь, состоит в возможности использовать сериализацию объекта через массив байт, как способ выполнения “глубокого копирования” любого объекта с интерфейсом Serializable. (Глубокое копирование означает, что вы дублируете всю паутину объектов, а не просто основной объект и принадлежащие ему ссылки.) Более глубоко копирование освещено в Приложении А.



Объекты Animal содержат поля типа House. В main( ) создается ArrayList из этих Animal, и он сериализуется дважды в один поток, а затем снова в другой поток. Когда это десериализуется и распечатается, вы увидите следующий результат одного запуска (объекты будут располагаться в разных участках памяти при каждом запуске):

animals: [Bosco the dog[Animal@1cc76c], House@1cc769 , Ralph the hamster[Animal@1cc76d], House@1cc769 , Fronk the cat[Animal@1cc76e], House@1cc769 ] animals1: [Bosco the dog[Animal@1cca0c], House@1cca16 , Ralph the hamster[Animal@1cca17], House@1cca16 , Fronk the cat[Animal@1cca1b], House@1cca16 ] animals2: [Bosco the dog[Animal@1cca0c], House@1cca16 , Ralph the hamster[Animal@1cca17], House@1cca16 , Fronk the cat[Animal@1cca1b], House@1cca16 ] animals3: [Bosco the dog[Animal@1cca52], House@1cca5c , Ralph the hamster[Animal@1cca5d], House@1cca5c , Fronk the cat[Animal@1cca61], House@1cca5c ]

Конечно, вы ожидаете, что десериализованные объекты имеют адреса, отличные от первоначальных. Но обратите внимание, что в animals1 и animals2 появляется один и тот же адрес, включая ссылки на объект House, который они оба разделяют. С другой стороны, когда восстанавливается animals3, у системы нет способа узнать, что объекты в этом потоке являются алиасами объектов первого потока, так что при этом создается полностью отличная паутина объектов.

Если вы сериализовали что-то в единственный поток, вы будете способны восстановить ту же паутину объектов, которую вы записали, без случайного дублирования объектов. Конечно, вы можете изменить состояние ваших объектов в промежутке между временем первой и последней записи, но это ваше дело — объекты будут записаны не зависимо от того, в каком бы состоянии они не были (и со всеми соединениями, которые они имеют с другими объектами) в то время, когда вы сериализуете их.



Самым безопасным для сохранение состояния системы является сериализация, как “атомная” операция. Если вы сериализуете какие-то вещи, выполняете какую-то работу и сериализуйте еще, и т.д., то вы не будете держать систему в безопасности. Вместо этого поместите все объекты, которые относятся к состоянию вашей системы, в единственный контейнер и просто запишите этот контейнер в одной операции. Затем вы можете восстановить его так же единственным вызовом метода.

Следующий пример относится к мнимой вспомогательной системе компьютерного дизайна (CAD), который демонстрирует такой подход. Кроме того, здесь примешана проблема полей static — если вы взглянете на документацию, вы увидите, что если Class является сериализуемым, то должно быть легким хранение static поля простой сериализацией объекта Class. Тем не менее, такой подход выглядит достаточно важным.

//: c11:CADState.java

// Запись и восстановление состояния

// симулятора системы CAD.

import java.io.*; import java.util.*;

abstract class Shape implements Serializable { public static final int RED = 1, BLUE = 2, GREEN = 3; private int xPos, yPos, dimension; private static Random r = new Random(); private static int counter = 0; abstract public void setColor(int newColor); abstract public int getColor(); public Shape(int xVal, int yVal, int dim) { xPos = xVal; yPos = yVal; dimension = dim; } public String toString() { return getClass() + " color[" + getColor() + "] xPos[" + xPos + "] yPos[" + yPos + "] dim[" + dimension + "]\n"; } public static Shape randomFactory() { int xVal = r.nextInt() % 100; int yVal = r.nextInt() % 100; int dim = r.nextInt() % 100; switch(counter++ % 3) { default: case 0: return new Circle(xVal, yVal, dim); case 1: return new Square(xVal, yVal, dim); case 2: return new Line(xVal, yVal, dim); } } }

class Circle extends Shape { private static int color = RED; public Circle(int xVal, int yVal, int dim) { super(xVal, yVal, dim); } public void setColor(int newColor) { color = newColor; } public int getColor() { return color; } }



class Square extends Shape { private static int color; public Square(int xVal, int yVal, int dim) { super(xVal, yVal, dim); color = RED; } public void setColor(int newColor) { color = newColor; } public int getColor() { return color; } }

class Line extends Shape { private static int color = RED; public static void serializeStaticState(ObjectOutputStream os) throws IOException { os.writeInt(color); } public static void deserializeStaticState(ObjectInputStream os) throws IOException { color = os.readInt(); } public Line(int xVal, int yVal, int dim) { super(xVal, yVal, dim); } public void setColor(int newColor) { color = newColor; } public int getColor() { return color; } }

public class CADState { public static void main(String[] args) throws Exception { ArrayList shapeTypes, shapes; if(args.length == 0) { shapeTypes = new ArrayList(); shapes = new ArrayList(); // Добавляем ссылку в объект класса:

shapeTypes.add(Circle.class); shapeTypes.add(Square.class); shapeTypes.add(Line.class); // Создаем какие-то образы:

for(int i = 0; i < 10; i++) shapes.add(Shape.randomFactory()); // Устанавливаем все статические цвета в GREEN:

for(int i = 0; i < 10; i++) ((Shape)shapes.get(i)) .setColor(Shape.GREEN); // Запись вектора состояния:

ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream( new FileOutputStream("CADState.out")); out.writeObject(shapeTypes); Line.serializeStaticState(out); out.writeObject(shapes); } else { // Есть аргументы командной строки

ObjectInputStream in = new ObjectInputStream( new FileInputStream(args[0])); // Читаем в том же порядке, в котором была запись:

shapeTypes = (ArrayList)in.readObject(); Line.deserializeStaticState(in); shapes = (ArrayList)in.readObject(); } // Отображаем образы:

System.out.println(shapes); } } ///:~

Класс Shape реализует интерфейс Serializable, так что все, что наследуется от Shape, автоматически реализует Serializable. Каждый Shape содержит данные, а каждый наследуемый от Shape класс содержит статическое поле, определяющее цвет всех этих Shape. (Помещение статического поля в базовый класс приведет к тому, что будет существовать только одно поле, так как статическое поле не дублируется для наследуемых классов.) Методы базового класса могут быть перекрыты для установки цвета для различных типов (статические методы не имеют динамических ограничений, так что это обычные методы). Метод randomFactory( ) создает различные объекты Shape при каждом вызове, используя случайные значения для данных Shape.



Circle и Square являются прямым расширением Shape; отличия только в том, что Circle инициализирует color в точке определения, а Square инициализирует его в конструкторе. Дискуссию относительно Line пока отложим.

В main( ) используется один ArrayList для хранения объектов Class, а другой для хранения образов. Если вы не задействовали аргумент командной строки, создается shapeTypes ArrayList, и добавляются объекты Class, а затем создается ArrayList shapes, и в него добавляются объекты Shape. Далее, все значения static color устанавливаются равными GREEN, и все сериализуется в файл CADState.out.

Если вы укажите аргумент командной строки (предположительно CADState.out), этот файл будет открыт и использован для восстановления состояния программы. В обеих ситуациях распечатывается результирующий ArrayList из Shape. Вот результат одного запуска:

>java CADState [class Circle color[3] xPos[-51] yPos[-99] dim[38] , class Square color[3] xPos[2] yPos[61] dim[-46] , class Line color[3] xPos[51] yPos[73] dim[64] , class Circle color[3] xPos[-70] yPos[1] dim[16] , class Square color[3] xPos[3] yPos[94] dim[-36] , class Line color[3] xPos[-84] yPos[-21] dim[-35] , class Circle color[3] xPos[-75] yPos[-43] dim[22] , class Square color[3] xPos[81] yPos[30] dim[-45] , class Line color[3] xPos[-29] yPos[92] dim[17] , class Circle color[3] xPos[17] yPos[90] dim[-76] ]

>java CADState CADState.out [class Circle color[1] xPos[-51] yPos[-99] dim[38] , class Square color[0] xPos[2] yPos[61] dim[-46] , class Line color[3] xPos[51] yPos[73] dim[64] , class Circle color[1] xPos[-70] yPos[1] dim[16] , class Square color[0] xPos[3] yPos[94] dim[-36] , class Line color[3] xPos[-84] yPos[-21] dim[-35] , class Circle color[1] xPos[-75] yPos[-43] dim[22] , class Square color[0] xPos[81] yPos[30] dim[-45] , class Line color[3] xPos[-29] yPos[92] dim[17] , class Circle color[1] xPos[17] yPos[90] dim[-76] ]

Вы можете видеть, что значения xPos, yPos и dim были успешно сохранены и восстановлены, но при восстановлении статической информации произошли какие-то ошибки. Везде на входе имели “3”, но на выходе этого не получили. Circle имеет значение 1 (RED, как это определено), а Square имеет значение 0 (Помните, что он инициализировался в конструкторе). Это похоже на то, что static не сериализовался совсем! Это верно, несмотря на то, что класс Class реализует интерфейс Serializable, он не делает того, что вы от него ожидаете. Так что если вы хотите сериализовать statics, вы должны сделать это сами.



Это то, для чего нужны статические методы serializeStaticState( ) и deserializeStaticState( ) в Line. Вы можете видеть, что они явно вызываются как часть процесса сохранения и восстановления. (Обратите внимание, что порядок записи в файл сериализации и чтения из него должен сохранятся). Таким образом, чтобы CADState.java работал корректно, вы должны:

  • Добавить serializeStaticState( ) и deserializeStaticState( ) к образам.


  • Удалить ArrayList shapeTypes и весь код, относящийся к нему.


  • Добавить вызов новых статических методов сериализации и десериализации образов.


  • Другую проблему вы можете получить, думая о безопасности, так как сериализация сохраняет данные с модификатором private. Если вы имеете проблемы безопасности, эти поля должны помечаться, как transient. Затем вы должны разработать безопасный способ для хранения такой информации, чтобы когда вы делали восстановление, вы могли установить эти private переменные.


    Содержание раздела