定义
序列化（serialization）在计算机科学的数据处理中，是指将数据结构或对象状态转换成可取用格式（例如存成文件，存于缓冲，或经由网络中发送），以留待后续在相同或另一台计算机环境中，能恢复原先状态的过程。依照序列化格式重新获取字节的结果时，可以利用它来产生与原始对象相同语义的副本。对于许多对象，像是使用大量引用的复杂对象，这种序列化重建的过程并不容易。面向对象中的对象序列化，并不概括之前原始对象所关系的函数。这种过程也称为对象编组（marshalling）。从一系列字节提取数据结构的反向操作，是反序列化（也称为解编组、deserialization、unmarshalling）。
序列化在计算机科学中通常有以下定义:
- 对同步控制而言，表示强制在同一时间内进行单一访问。
- 在数据储存与发送的部分是指将一个对象存储至一个存储介质，例如文件或是存储器缓冲等，或者透过网络发送数据时进行编码的过程，可以是字节或是XML等格式。而字节的或XML编码格式可以还原完全相等的对象。这程序被应用在不同应用程序之间发送对象，以及服务器将对象存储到文件或数据库。相反的过程又称为反序列化。
序列化的发展历史
- Sun Microsystems在1987年发布了外部数据表示法（XDR），这是第一个广泛采用的序列化与反序列化标准。
- 90年代后期开始推动标准序列化的协议：XML（可扩展标记语言）应用于产生人类可读的文字编码。数据以这样的编码使存续的对象能有效用，无论相对于人是否可阅读与理解，或与编程语言无关地传递给其它信息系统。它缺点是失去了扎实的编码字节流，但截至当前技术上所提供大量的存储和传输容量，使得文件大小的考量，已不同于早期计算机科学的重视程度。
- 二进制XML被提议作为一种妥协方式，它不能被纯文本编辑器读取，但比一般XML更为扎实。在二十一世纪的Ajax技术网页中，XML经常应用于结构化数据在客端和伺服端之间的异步传输。
- 相较于XML，JSON是一种轻量级的纯文字替代，也常用于网页应用中的客端－伺服端通信。JSON肇基于JavaScript语法所派生，但也广为其它编程语言所支持。
- 与JSON类似的另一个替代方案是YAML，它包含加强序列化的功能，更“人性化”而且更扎实。这些功能包括标记数据类型，支持非层次结构式数据结构，缩进结构化数据的选项以及多种形式的标量数据引用的概念。
- Protobuf是Google实现的一种与语言无关，与平台无关，可扩展的序列化方式，比XML更小，更快，使用更简单。
- 另一种可读的序列化格式是属性列表（property list）。应用在NeXTSTEP、GNUstep和macOS Cocoa环境中。
- 针对于科学使用的大量数据集合，例如气候，海洋模型和卫星数据，已经开发了特定的二进制序列化标准，例如HDF，netCDF和较旧的GRIB。
程序中常见的几种数据序列化格式
序列化与反序列化为数据交换提供了可能，但是因为传递的是字节码，可读性差。在应用层开发过程中不易调试，为了解决这种问题，最直接的想法就是将对象的内容转换为字符串的形式进行传递。具体的传输格式可自行定义，但自定义格式有一个很大的问题——兼容性，如果引入其他系统的模块，就需要对数据格式进行转换，维护其他的系统时，还要先了解一下它的序列化方式。为了统一数据传输的格式，出现了几种数据交换协议，如：JSON, Protobuf，XML。这些数据交换协议可视为是应用层面的序列化/反序列化。
如前所述，序列化和反序列化的出现往往晦涩而隐蔽，与其他概念之间往往相互包容。为了更好了让大家理解序列化和反序列化的相关概念在每种协议里面的具体实现，我们将一个例子穿插在各种序列化协议讲解中。在该例子中，我们希望将一个用户信息在多个系统里面进行传递；在应用层，如果采用 .net 语言，所面对的类对象如下所示：
public class UserInfo
{
public string Name { get; set; }
public int Age { get; set; }
public bool IsRoot { get; set; }
public List<RoleInfo> { get; set; }
}
public class RoleInfo
{
public string RoleName { get; set; }
public bool IsEnable { get; set; }
}
Json
JSON(JavaScript Object Notation) 是一种轻量级的数据交换格式。 易于人阅读和编写。同时也易于机器解析和生成。 它基于JavaScript Programming Language, Standard ECMA-262 3rd Edition - December 1999的一个子集。 JSON采用完全独立于语言的文本格式，但是也使用了类似于C语言家族的习惯（包括C, C++, C#, Java, JavaScript, Perl, Python等）。 这些特性使JSON成为理想的数据交换语言。
语法
JSON中的元素都是键值对——key:value形式，键值对之间以":"分隔，每个键需用双引号引起来，值的类型为String时也需要双引号。其中value的类型包括：对象，数组，值，每种类型具有不同的语法表示。
基础类型
json数据中地值（value）可以是双引号括起来的字符串（string）、数值(number)、true、false、 null、对象（object）或者数组（array）。这些结构可以嵌套。
- 字符串（string）是由双引号包围的任意数量Unicode字符的集合，使用反斜线转义。一个字符（character）即一个单独的字符串（character string）。
- 数值（number）也与C或者Java的数值非常相似。除去未曾使用的八进制与十六进制格式。除去一些编码细节。
{
"name": "json",
"age": 18,
"isEnable": false,
"roles":null
}
对象
对象是一个无序的键值对集合。以"{"开始，以"}"结束， 每个成员以","分隔。例如：
{
"name": "xiangzhi.cheng",
"age": 18,
"isRoot": true,
"roles": [
{
"roleName": "admin",
"isEnable": true
}
]
}
数组
数组是一个有序的集合，以"["开始，以"]"结束，成员之间以","分隔。例如：
{
"name": "xiangzhi.cheng",
"age": 18,
"isRoot": true,
"roles": [
{
"roleName": "admin",
"isEnable": true
},
{
"roleName": "user management",
"isEnable": true
}
]
}
Protobuf
Google Protocol Buffer( 简称 Protobuf) 是 Google 公司内部的混合语言数据标准，它是 是一种轻便高效的结构化数据存储格式，可以用于结构化数据串行化，或者说序列化。它很适合做数据存储或 RPC 数据交换格式。可用于通讯协议、数据存储等领域的语言无关、平台无关、可扩展的序列化结构数据格式。目前已经正在使用的有超过 48,162 种报文格式定义和超过 12,183 个 .proto 文件。他们用于 RPC 系统和持续数据存储系统。
例子
message RoleInfo
{
required string RoleName=1;
required bool IsEnable=2;
}
message UserInfo
{
required string Name = 1; // ID
required int32 Age = 2; // str
optional bool IsRoot = 3; //optional field
optional RoleInfo Roles = 4; //optional field
}
XML
可扩展标记语言（英语：Extensible Markup Language，简称：XML），是一种标记语言。标记指计算机所能理解的信息符号，通过此种标记，计算机之间可以处理包含各种信息的文章等。如何定义这些标记，既可以选择国际通用的标记语言，比如HTML，也可以使用像XML这样由相关人士自由决定的标记语言，这就是语言的可扩展性。XML是从标准通用标记语言（SGML）中简化修改出来的。它主要用到的有可扩展标记语言、可扩展样式语言（XSL）、XBRL和XPath等。
例子
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<UserInfo xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:xsd="http://www.w3.org/2001/XMLSchema">
<Name>xiangzhi.cheng</Name>
<Age>18</Age>
<IsRoot>true</IsRoot>
<Roles>
<RoleInfo>
<RoleName>admin</RoleName>
<IsEnable>true</IsEnable>
</RoleInfo>
</Roles>
</UserInfo>
说到XML就不得不介绍下SOAP（Simple Object Access protocol），SOAP 是一种被广泛应用的，基于 XML 为序列化和反序列化协议的结构化消息传递协议。SOAP 在互联网影响如此大，以至于我们给基于 SOAP 的解决方案一个特定的名称 --Web service。SOAP 虽然可以支持多种传输层协议，不过 SOAP 最常见的使用方式还是 XML+HTTP。SOAP 协议的主要接口描述语言（IDL）是 WSDL（Web Service Description Language）。SOAP 具有安全、可扩展、跨语言、跨平台并支持多种传输层协议。如果不考虑跨平台和跨语言的需求，XML 的在某些语言里面具有非常简单易用的序列化使用方法，无需 IDL 文件和第三方编译器
序列化协议的特性
每种序列化协议都有优点和缺点，它们在设计之初有自己独特的应用场景。在系统设计的过程中，需要考虑序列化需求的方方面面，综合对比各种序列化协议的特性，最终给出一个折衷的方案。
通用性
- 技术层面，序列化协议是否支持跨平台、跨语言。如果不支持，在技术层面上的通用性就大大降低了。
- 流行程度，序列化和反序列化需要多方参与，很少人使用的协议往往意味着昂贵的学习成本；另一方面，流行度低的协议，往往缺乏稳定而成熟的跨语言、跨平台的公共包。
强健性 / 鲁棒性
- 成熟度不够，一个协议从制定到实施，到最后成熟往往是一个漫长的阶段。协议的强健性依赖于大量而全面的测试，对于致力于提供高质量服务的系统，采用处于测试阶段的序列化协议会带来很高的风险。
- 语言 / 平台的不公平性。为了支持跨语言、跨平台的功能，序列化协议的制定者需要做大量的工作；但是，当所支持的语言或者平台之间存在难以调和的特性的时候，协议制定者需要做一个艰难的决定 -- 支持更多人使用的语言 / 平台，亦或支持更多的语言 / 平台而放弃某个特性。当协议的制定者决定为某种语言或平台提供更多支持的时候，对于使用者而言，协议的强健性就被牺牲了。
可调试性 / 可读性
序列化和反序列化的数据正确性和业务正确性的调试往往需要很长的时间，良好的调试机制会大大提高开发效率。序列化后的二进制串往往不具备人眼可读性，为了验证序列化结果的正确性，写入方不得同时撰写反序列化程序，或提供一个查询平台 -- 这比较费时；另一方面，如果读取方未能成功实现反序列化，这将给问题查找带来了很大的挑战 -- 难以定位是由于自身的反序列化程序的 bug 所导致还是由于写入方序列化后的错误数据所导致。对于跨公司间的调试，由于以下原因，问题会显得更严重。
- 支持不到位，跨公司调试在问题出现后可能得不到及时的支持，这大大延长了调试周期。
- 访问限制，调试阶段的查询平台未必对外公开，这增加了读取方的验证难度。
如果序列化后的数据人眼可读，这将大大提高调试效率， XML 和 JSON 就具有人眼可读的优点。
可扩展性 / 兼容性
移动互联时代，业务系统需求的更新周期变得更快，新的需求不断涌现，而老的系统还是需要继续维护。如果序列化协议具有良好的可扩展性，支持自动增加新的业务字段，而不影响老的服务，这将大大提供系统的灵活度。
安全性 / 访问限制
在序列化选型的过程中，安全性的考虑往往发生在跨局域网访问的场景。当通讯发生在公司之间或者跨机房的时候，出于安全的考虑，对于跨局域网的访问往往被限制为基于 HTTP/HTTPS 的 80 和 443 端口。如果使用的序列化协议没有兼容而成熟的 HTTP 传输层框架支持，可能会导致以下三种结果之一：
- 因为访问限制而降低服务可用性；
- 被迫重新实现安全协议而导致实施成本大大提高；
- 开放更多的防火墙端口和协议访问，而牺牲安全性。
性能
性能包括两个方面，时间复杂度和空间复杂度。
- 空间开销（Verbosity）， 序列化需要在原有的数据上加上描述字段，以为反序列化解析之用。如果序列化过程引入的额外开销过高，可能会导致过大的网络，磁盘等各方面的压力。对于海量分布式存储系统，数据量往往以 TB 为单位，巨大的的额外空间开销意味着高昂的成本。
- 时间开销（Complexity），复杂的序列化协议会导致较长的解析时间，这可能会使得序列化和反序列化阶段成为整个系统的瓶颈。
序列化和反序列化协议选择原则
实际使用中具体要使用哪个协议，我们可以从上列出的几个特性进行综合考虑
通用性
序列化协议一方面要能摆脱语言、平台的束缚；另一方面要在业界耳熟能详应用广泛。比如Java标准的对象序列化实现就不是这一条的好榜样，你要一个C程序员将Java标准序列化实现的数据反序列化成对应结构体是一个很蛋疼的事情。相反，JSON就是一个很好的序列化协议，至少在这一条上算得上是佼佼者了。
可调式性/可读性
序列化协议要能方便开发过程中的调试。做过二进制协议开发的同学一定深有体会，肉眼基本不可辨别序列化后的数据，需要借助一些第三方的工具一点点分析。相对于二进制协议，文本协议就比较和蔼可亲了。
稳定性
协议要能够经得住时间的考验。一般情况下采用公开流行的协议是不存在这个问题的，因为他们都被成千上万的应用检验过了。特别要小心的是自定义协议，举个反例，比如自定义一个类似于Java标准序列化协议的协议，由于当前业务没有涉及到对象和对象之间的继承关系，所以协议制定者没有考虑对象继承的情况。但是随着业务的发展，系统中出现了继承关系的实体类，某个同事不小心将这种对象的实例序列化，结果可想而知。协议不够成熟，所以自定义协议需要考虑的因数很多。如果自己不是大牛，建议不要自定义序列化协议。
可扩展性
和稳定性差不多，满足通用性条件的协议基本不会出现这个问题。问题还是会出现在自定义协议上。协议的成熟是一个漫长的过程，要经过不断的测试。比如稳定性中出现的那个问题，协议将继承关系的序列化加入，升级之后就能解决问题。但是要做到兼容以前的版本就不那么容易了。协议的制定者也不是圣人，不可能考虑得那么周全，但是一定要有一套可扩展的方案，这样协议才能存活下来，慢慢迭代成稳定版本。
性能
说道性能问题，无非就是时间和空间的博弈。序列化结果数据的大小，直接影响网络传输的带宽和磁盘存储的空间。序列化和反序列化过程所消耗的时间长短，影响系统的性能。几种常用的协议性能的比较网上有很多，这里就不详细介绍了。
