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面试官：ArrayList 怎么序列化的？ 为什么用 transient 修饰数组？

ArrayList 的序列化机制与 transient 修饰数组的深层原因

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一、ArrayList 的序列化实现

Java 的序列化机制默认会序列化对象的 所有非 transient 字段。但 ArrayList 的内部实现中，存储元素的数组 elementData 被 transient 修饰，这意味着它不会被默认序列化。
为了解决这个问题，ArrayList 自定义了序列化逻辑，仅序列化实际存储的元素，而不是整个数组。以下是关键步骤：

1. 自定义 writeObject 方法

ArrayList 通过重写 writeObject 方法，手动控制序列化过程：

private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)throws java.io.IOException {// 1. 写入默认的非transient字段（如size、modCount）s.defaultWriteObject(); // 2. 写入数组的实际容量（可能大于size）s.writeInt(size); // 3. 仅序列化有效元素（从0到size-1），跳过未使用的数组槽位for (int i=0; i<size; i++) {s.writeObject(elementData[i]);}
}

• 优化点：避免序列化整个 elementData 数组（可能包含未使用的 null 值），减少序列化后的数据大小。

2. 自定义 readObject 方法

反序列化时，ArrayList 通过 readObject 方法重建数组：

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {// 1. 读取默认的非transient字段elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;s.defaultReadObject();// 2. 读取实际元素数量（size）s.readInt();if (size > 0) {// 3. 根据size创建新数组（避免预分配多余空间）elementData = new Object[size];// 4. 逐个读取元素，填充数组for (int i=0; i<size; i++) {elementData[i] = s.readObject();}}
}

• 优化点：反序列化后，elementData 的容量严格等于 size，避免空间浪费。

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二、为什么用 transient 修饰 elementData 数组？

transient 关键字的作用是 阻止字段被默认序列化。ArrayList 使用 transient 修饰 elementData 的原因主要有以下几点：

1. 避免序列化冗余数据

• 问题背景：
  ArrayList 的 elementData 数组长度通常大于当前元素数量（size）。例如，初始容量为 10，但仅存储了 5 个元素时，剩余的 5 个槽位为 null。
• 直接序列化的后果：
  如果直接序列化整个数组，会写入大量无效的 null 值，显著增加序列化后的数据大小（尤其在大容量集合中）。

2. 减少网络传输与存储开销

• 自定义序列化的优势：
  通过仅序列化有效元素（0 到 size-1），数据量减少到最小。例如：

  ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>(100);
  list.add(1);
  list.add(2);
  

  • 默认序列化：写入长度为 100 的数组（含 98 个 null）。
  • 自定义序列化：仅写入 2 个有效元素。

3. 避免反序列化后的空间浪费

• 默认反序列化的问题：
  如果直接反序列化整个数组，重建后的 elementData 可能包含大量未使用的空间（例如容量 100，但实际仅需 2 个元素）。
• 自定义反序列化的优化：
  反序列化时，根据 size 创建容量精确等于元素数量的数组，确保内存高效利用。

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三、对比默认序列化与自定义序列化

场景	默认序列化（无 transient）	自定义序列化（transient + writeObject）
序列化数据大小	包含未使用槽位的 null，数据量大	仅包含有效元素，数据量小
反序列化后数组容量	与序列化前一致（可能远大于实际元素数量）	等于元素数量（size）
网络传输效率	低（传输冗余数据）	高（仅传输有效数据）
内存占用	可能浪费内存（未使用的数组槽位）	严格按需分配内存

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四、源码示例解析

以 ArrayList 的 writeObject 和 readObject 为例，进一步理解设计思想：

// ArrayList.java
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {// 存储元素的数组，被transient修饰transient Object[] elementData;// 自定义序列化逻辑private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)throws java.io.IOException {s.defaultWriteObject(); // 写入非transient字段（如size）s.writeInt(size);       // 写入元素数量for (int i=0; i<size; i++) {s.writeObject(elementData[i]); // 仅写入有效元素}}// 自定义反序列化逻辑private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;s.defaultReadObject(); // 读取非transient字段（如size）int capacity = s.readInt(); // 读取元素数量if (capacity > 0) {elementData = new Object[capacity]; // 创建精确容量的数组for (int i=0; i<capacity; i++) {elementData[i] = s.readObject(); // 填充元素}}}
}

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五、🌶️

• 为什么用 transient：
  避免序列化 elementData 中的冗余数据（未使用的 null 槽位），显著优化序列化后的数据大小和传输效率。
• 如何实现序列化：
  通过重写 writeObject 和 readObject，仅序列化有效元素，并在反序列化时按需重建数组。
• 设计思想：
  在保持集合功能的前提下，通过精细控制序列化过程，实现空间与性能的最优平衡。