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직렬화(Serialization)란?

자바 시스템 내부에서 사용되는 객체(Object) 또는 데이터(Data)를
외부의 자바 시스템에서도 사용할 수 있도록 바이트(byte) 형태로 데이터 변환하는 기술

  
● 데이터 직렬화  
→ 메모리를 디스크에 저장하거나, 네트워크 통신에 사용하기 위한 형식으로 변환하는 것  
(자바의 객체를 바이트의 배열(byte\[\])로 변환)  
  
● 데이터 역직렬화  
→ 디스크에 저장한 데이터를 읽거나,  
네트워크 통신으로 받은 데이터를 메모리에 쓸 수 있도록 변환하는 것  
(저장된 것을 다시 객체(Object)로 변화)

직렬화를 하는 이유?

→ 직렬화가 된 데이터는 언어에 따라서 텍스트 또는 바이너리 등의 형태가 되는데,

이는 파일 저장이나 네트워크 전송 시 파싱이 가능한 유의미한 데이터가 된다.

따라서, 전송 및 저장이 가능한 데이터로 만들어주는 것이 바로 '직렬화(Serialization)'이라고 말할 수 있다.


+ 추가

각자 PC의 OS마다 서로 다른 가상 메모리 주소 공간을 갖기 때문에,

Reference Type(참조 타입)의 데이터들은 인스턴스를 전달 할 수 없다.

따라서, 이런 문제를 해결하기 위해선

주소값이 아닌 Byte 형태로 직렬화된 객체 데이터를 전달해야 한다.


※ 참고

개발 언어를 무엇을 선택하든, 사용하는 데이터의 메모리 구조는 크게 2가지로 나뉜다.

  • 값 형식(Value Type) 데이터
    • int, float, char 등 값 형식 데이터는 스택에 메모리가 쌓이고 직접 접근이 가능하다.
  • 참조 형식(Reference Type) 데이터
    • 객체와 같은 참조 형식 변수를 선언하면 힙에 메모리가 할당되고, 스택에서는 이 힙 메모리를 참조하는 구조로 되어 있다.


직렬화

직렬화(Serialize) 조건

java.io.Serializable 인터페이스를 구현해야 한다.


직렬화 대상 : 인터페이스 상속 받은 객체, Primitive 타입의 데이터.

Primitive 타입이 아닌 Reference 타입처럼 주소값을 지닌 객체들은

바이트로 변환하기 위해 Serializable 인터페이스를 구현해야 한다.

public class Member implements Serializable {
    private String name;
    private String email;
    private int age;

    public Member(String name, String email, int age) {
        this.name = name;
        this.email = email;
        this.age = age;
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        return String.format("Member{name='%s', email='%s', age='%s'}", name, email, age);
    }
}

직렬화 방법

java.io.ObjectOutputStream를 사용하여 직렬화를 진행


단계 1. serialVersionUID를 만들어준다.

@Entity
@AllArgsConstructor
@toString
public class Post implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
    
private String title;
private String content;

※ serialVersionUID 밑에서 설명


단계 2. ObjectOutputStream으로 직렬화를 진행한다. Byte로 변환된 값을 저장하면 된다.

Post post = new Post("제목", "내용");
byte[] serializedPost;
try (ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream()) {
    try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(baos)) {
        oos.writeObject(post);

        serializedPost = baos.toByteArray();
    }
}

역직렬화


역직렬화(Deserialize) 조건

직렬화 대상이 된 객체의 클래스가 class path에 존재해야 하며 import되어 있어야 한다.


※ class path란?

→ JVM이 프로그램을 실행할 때, class 파일을 찾는 데 기준이 되는 파일 경로


자바 직렬화 대상 객체는 동일한 serialVersionID를 가지고 있어야 한다.

→ 예) private static final long serialVersionUID = 1L;


serialVersionUID이 왜 필요한지 자세한 내용은 아래에 추가.



역직렬화 방법

java.io.ObjectInputStream를 사용하여 역직렬화를 진행


ObjectInputStream로 역직렬화를 진행한다. Byte의 값을 다시 객체로 저장하는 과정

// 직렬화 예제에서 생성된 serializedPost 데이터
try (ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(serializedPost)) {
    try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bais)) {

	// 역직렬화된 Post 객체를 읽어온다.
        Object objectPost = ois.readObject();
        Post post = (Post) objectPost;
    }
}


직렬화 serialVersionUID


위의 코드에서 serialVersionUID를 직접 설정했었다.

사실 선언하지 않아도, 자동으로 해시값이 할당된다.


직접 설정한 이유

→ 기존의 클래스 멤버 변수가 변경되면 serialVersionUID가 달라지는데,

역직렬화 시 달라진 넘버로 Exception이 발생될 수 있다.


따라서 직접 serialVersionUID을 관리해야

클래스의 변수가 변경되어도 직렬화에 문제가 발생하지 않게 된다.


또 다른 문제...

String -> StringBuilder, int -> long으로 변경해도 역직렬화에서 Exception이 발생.

→ 자바 직렬화는 상당히 타입의 엄격하다는 것을 알 수 있음.

역직렬화 대상의 클래스의 멤버 변수 타입 변경을 지양해야 한다.


serialVersionUID을 관리하더라도,

멤버 변수의 타입이 다르거나, 제거 혹은 변수명을 바꾸게 되면

Exception은 발생하지 않지만 데이터가 누락될 수 있음.

→ 멤버 변수가 빠지게 된다면 Exception 대신 null값이 들어간다.

(serialVersionUID의 값이 동일하면 멤버 변수 및 메소드 추가는 문제되지 않는다.

→ 추가된 멤버 변수 및 메소드의 데이터는 누락된다.)



다른 Format의 직렬화

직렬화방법에는 여러 Format이 존재


CSV형태

→ 표형태의 다량의 데이터를 직렬화


XML, JSON형태

→ 구조적인 데이터



CSV

데이터를 표현하는 가장 많이 사용되는 방법 중 하나로 콤마(,) 기준으로 데이터를 구분하는 방법

예) nesoy,youngjaeKwon,Seoul,Korea -> [nesoy, youngjaeKwon, Seoul, Korea]

Member member = new Member("김배민", "deliverykim@baemin.com", 25);
// member객체를 csv로 변환
String csv = String.format("%s,%s,%d",member.getName(), member.getEmail(), member.getAge());
System.out.println(csv);

JSON

Member member = new Member("김배민", "deliverykim@baemin.com", 25);
// member객체를 json으로 변환
String json = String.format(
        "{\"name\":\"%s\",\"email\":\"%s\",\"age\":%d}",
        member.getName(), member.getEmail(), member.getAge());
System.out.println(json);


자바의 직렬화 왜 사용하는가?

  • 복잡한 데이터 구조의 클래스의 객체라도 직렬화 기본 조건만 지키면 큰 작업 없이 바로 직렬화, 역직렬화가 가능.
  • 데이터 타입이 자동으로 맞춰지기 때문에 관련 부분을 큰 신경을 쓰지 않아도 됨.

어디에 사용되는가? (직렬화 상황)

서블릿 세션 (Servlet Session)

세션을 서블릿 메모리 위에서 운용한다면 직렬화를 필요로 하지 않지만,  
파일로 저장하거나 세션 클러스터링, DB를 저장하는 옵션 등을 선택하게 되면  
세션 자체가 직렬화가 되어 저장되어 전달된다.

캐시 (Cache)

Ehcache, Redis, Memcached 라이브러리 시스템을 많이 사용된다.


자바 RMI(Remote Method Invocation)

원격 시스템 간의 메시지 교환을 위해서 사용하는 자바에서 지원하는 기술



요약

  • 데이터를 통신 상에서 전송 및 저장하기 위해 직렬화/역직렬화를 사용한다.
  • serialVersionUID는 개발자가 직접 관리한다.
  • 클래스 변경을 개발자가 예측할 수 없을 때는 직렬화 사용을 지양한다.
  • 개발자가 직접 컨트롤 할 수 없는 클래스(라이브러리 등)는 직렬화 사용을 지양한다.
  • 자주 변경되는 클래스는 직렬화 사용을 지양한다.
  • 역직렬화에 실패하는 상황에 대한 예외처리는 필수로 구현한다.
  • 직렬화 데이터는 타입, 클래스 메타정보를 포함하므로 사이즈가 크다. 트래픽에 따라 비용 증가 문제가 발생할 수 있기 때문에 JSON 포맷으로 변경하는 것이 좋다. (JSON 포맷이 직렬화 데이터 포맷보다 2~10배 더 효율적)


출처