[C# の簡単な説明] 第 7 章: ファイルと入出力操作: シリアル化と逆シリアル化

情報 2023-08-26 00:34:51 訪問数: null

シリアル化と逆シリアル化は、オブジェクトとデータの間で変換を行うコンピューター プログラミングの重要な概念です。プログラムでは、オブジェクトは通常メモリに保存されますが、別の時間または別の場所に永続的に保存または転送する必要があります。このとき、オブジェクトを保存または送信できる形式に変換する必要があり、この処理がシリアル化されます。
シリアル化とは、オブジェクトの状態を、バイナリ、XML、JSON など、保存または送信できる形式に変換することです。このようにして、オブジェクトのデータをファイルやデータベースに保存したり、ネットワーク経由で他のコンピュータに転送したりすることができます。
逆シリアル化は、シリアル化されたデータをプログラムで使用できるオブジェクトに再変換するプロセスです。これにより、以前にシリアル化されたオブジェクトを別の時間、場所、またはアプリケーションで復元できます。
これら 2 つの概念は、次の状況で重要です。

  1. データの永続性:オブジェクトの状態をディスクまたはデータベースに保存し、プログラムの再起動時に復元できるようにします。
  2. データ転送: Web サービスを介してデータを送信するなど、ネットワークを介してオブジェクト データを転送します。
  3. 分散システム:異なるアプリケーションはデータを共有する必要があり、シリアル化と逆シリアル化により、データが異なるシステム間で受け渡される可能性があります。
  4. キャッシュ:オブジェクトをシリアル化してキャッシュに保持し、その後のアクセスを高速化できます。
  5. リモート呼び出し:分散システムでは、オブジェクト メソッドをシリアル化し、リモート サーバーに送信して実行できます。

したがって、シリアル化と逆シリアル化の概念を理解して習得し、それらをプログラミングに適用する方法は、開発者がデータを保存、送信、操作するための重要な基礎となります。

1. C# のシリアル化と逆シリアル化のメカニズム

1.1 シリアル化方法

このセクションでは、シリアル化方法について簡単に説明します。

  1. バイナリ シリアル化:
    バイナリ シリアル化は、オブジェクトをバイナリ形式に変換します。これは、ローカル ストレージや効率的なデータ転送によく使用されます。C# では、バイナリのシリアル化と逆シリアル化にクラスを使用できますBinaryFormatter。
using System;
using System.IO;
using System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary;

[Serializable]
class Person
{
    
    
    public string Name {
    
     get; set; }
    public int Age {
    
     get; set; }
}

class Program
{
    
    
    static void Main()
    {
    
    
        Person person = new Person {
    
     Name = "Alice", Age = 30 };

        // Binary Serialization
        BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
        using (FileStream stream = new FileStream("person.dat", FileMode.Create))
        {
    
    
            formatter.Serialize(stream, person);
        }

        // Binary Deserialization
        using (FileStream stream = new FileStream("person.dat", FileMode.Open))
        {
    
    
            Person deserializedPerson = (Person)formatter.Deserialize(stream);
            Console.WriteLine($"Name: {
      
      deserializedPerson.Name}, Age: {
      
      deserializedPerson.Age}");
        }
    }
}
  1. XML シリアル化:
    XML シリアル化は、オブジェクトを XML 形式に変換します。これは、可読性と相互運用性が高いシナリオに適しています。C# では、XmlSerializerXML のシリアル化と逆シリアル化にクラスを使用できます。
using System;
using System.IO;
using System.Xml.Serialization;

[Serializable]
public class Person
{
    
    
    public string Name {
    
     get; set; }
    public int Age {
    
     get; set; }
}

class Program
{
    
    
    static void Main()
    {
    
    
        Person person = new Person {
    
     Name = "Bob", Age = 25 };

        // XML Serialization
        XmlSerializer serializer = new XmlSerializer(typeof(Person));
        using (TextWriter writer = new StreamWriter("person.xml"))
        {
    
    
            serializer.Serialize(writer, person);
        }

        // XML Deserialization
        using (TextReader reader = new StreamReader("person.xml"))
        {
    
    
            Person deserializedPerson = (Person)serializer.Deserialize(reader);
            Console.WriteLine($"Name: {
      
      deserializedPerson.Name}, Age: {
      
      deserializedPerson.Age}");
        }
    }
}
  1. JSON シリアル化:
    JSON シリアル化は、オブジェクトを Web サービスやクロスプラットフォームのデータ交換に適した JSON 形式に変換します。C# では、クラスや、 JSON シリアル化や逆シリアル化System.Text.Json.JsonSerializerなどのサードパーティ ライブラリを使用できます。Newtonsoft.Json
using System;
using System.IO;
using System.Text.Json;

public class Person
{
    
    
    public string Name {
    
     get; set; }
    public int Age {
    
     get; set; }
}

class Program
{
    
    
    static void Main()
    {
    
    
        Person person = new Person {
    
     Name = "Charlie", Age = 28 };

        // JSON Serialization
        string jsonString = JsonSerializer.Serialize(person);
        File.WriteAllText("person.json", jsonString);

        // JSON Deserialization
        string jsonText = File.ReadAllText("person.json");
        Person deserializedPerson = JsonSerializer.Deserialize<Person>(jsonText);
        Console.WriteLine($"Name: {
      
      deserializedPerson.Name}, Age: {
      
      deserializedPerson.Age}");
    }
}

上記は 3 つの一般的なシリアル化方法であり、開発者はアプリケーションのニーズに応じて適切な方法を選択できます。

1.2 Serializable` 機能、カスタムシリアル化メソッド

  1. Serializable属性:
    Serializable属性は、シリアル化できるクラスをマークするために C# で使用される属性です。クラスが でマークされている場合Serializable、そのオブジェクトはシリアル化メカニズムを通じて保存および転送できます。上の例では、バイナリと XML でシリアル化できるようにクラスを[Serializable]マークする属性をコードに追加しました。Person

  2. カスタムのシリアル化メソッド:
    場合によっては、オブジェクトのシリアル化プロセスをより細かく制御する必要がある場合、シリアル化メソッドをカスタマイズできます。たとえば、バイナリ シリアル化では、ISerializableインターフェイスを実装し、GetObjectDataシリアル化プロセスをカスタマイズするメソッドを定義できます。簡単な例を次に示します。

using System;
using System.IO;
using System.Runtime.Serialization;
using System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary;

[Serializable]
class Person : ISerializable
{
    
    
    public string Name {
    
     get; set; }
    public int Age {
    
     get; set; }

    public Person(string name, int age)
    {
    
    
        Name = name;
        Age = age;
    }

    // Custom Serialization
    public void GetObjectData(SerializationInfo info, StreamingContext context)
    {
    
    
        info.AddValue("Name", Name);
        info.AddValue("Age", Age);
    }

    // Custom Deserialization
    protected Person(SerializationInfo info, StreamingContext context)
    {
    
    
        Name = info.GetString("Name");
        Age = info.GetInt32("Age");
    }
}

class Program
{
    
    
    static void Main()
    {
    
    
        Person person = new Person("David", 35);

        // Binary Serialization
        BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
        using (FileStream stream = new FileStream("person_custom.dat", FileMode.Create))
        {
    
    
            formatter.Serialize(stream, person);
        }

        // Binary Deserialization
        using (FileStream stream = new FileStream("person_custom.dat", FileMode.Open))
        {
    
    
            Person deserializedPerson = (Person)formatter.Deserialize(stream);
            Console.WriteLine($"Name: {
      
      deserializedPerson.Name}, Age: {
      
      deserializedPerson.Age}");
        }
    }
}

この例では、PersonクラスはISerializableインターフェイスを実装し、GetObjectData保護されたコンストラクターでカスタムのシリアル化および逆シリアル化操作を実行します。この方法により、シリアル化中により多くのロジックを処理できるようになりますが、カスタム シリアル化を実装するためにより多くのコードも必要になります。

2. バイナリシリアル化

2.1BinaryFormatterクラスの基本的な使い方

BinaryFormatterclass は、バイナリのシリアル化と逆シリアル化を実行するために .NET で使用されるクラスです。オブジェクトをバイナリ形式にシリアル化し、ファイル、メモリ、またはネットワークに送信したり保存したりできるようにします。次に、BinaryFormatterクラスの基本的な使用例を示します。

using System;
using System.IO;
using System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary;

[Serializable]
class Person
{
    
    
    public string Name {
    
     get; set; }
    public int Age {
    
     get; set; }
}

class Program
{
    
    
    static void Main()
    {
    
    
        Person person = new Person
        {
    
    
            Name = "Alice",
            Age = 30
        };

        // Serialize object to binary format
        BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
        using (FileStream stream = new FileStream("person.dat", FileMode.Create))
        {
    
    
            formatter.Serialize(stream, person);
        }

        // Deserialize object from binary format
        using (FileStream stream = new FileStream("person.dat", FileMode.Open))
        {
    
    
            Person deserializedPerson = (Person)formatter.Deserialize(stream);
            Console.WriteLine($"Name: {
      
      deserializedPerson.Name}, Age: {
      
      deserializedPerson.Age}");
        }
    }
}

上の例では、クラスを作成しPerson、それを使用してBinaryFormatterオブジェクトを"person.dat"というファイルにシリアル化しました。次に、同じBinaryFormatterインスタンスを使用してファイルを逆シリアル化し、新しいPersonオブジェクトを取得して、そのプロパティを出力します。
クラスをバイナリ直列化可能にするには、クラスを[Serializable]属性としてマークする必要があることに注意してください。同時に、BinaryFormatterシリアル化を使用するオブジェクトとそのフィールドはシリアル化可能である必要があります。

2.2 バイナリシリアル化の長所と短所

C# では、バイナリ シリアル化には次のような利点と欠点があります
。

  1. 高速:バイナリ シリアル化は、テキストのエンコードやデコードを行わずにオブジェクトをバイナリ形式に直接変換するため、他のシリアル化形式と比較して高速です。
  2. サイズが小さい:バイナリ シリアル化によって生成されるファイル サイズは、冗長なテキスト マークアップや書式設定が含まれていないため、通常は小さくなります。
  3. 複雑なオブジェクトのサポート:バイナリ シリアル化により、オブジェクト間の参照関係や継承関係を含む複雑なオブジェクト グラフをシリアル化できます。
  4. 型安全性:バイナリ シリアル化は強く型指定されているため、逆シリアル化時に型エラーが発生する可能性が低くなります。

欠点:

  1. 読み取り不可:バイナリ シリアル化によって生成されたファイルはバイナリ形式であるため、読み取りが容易ではありません。XML などのテキスト形式と比較すると、手動で解析したり変更したりするのは困難です。
  2. クロスプラットフォームではない:バイナリ シリアル化は通常、プラットフォームおよび言語に固有であり、クロスプラットフォーム アプリケーションや他の言語との対話には適していません。
  3. 永続化には適さない:バイナリ形式はバージョン アップグレードや構造変更の影響を受ける可能性があるため、長期の永続ストレージには適していません。
  4. デバッグが難しい:バイナリでシリアル化されたデータは判読できないため、デバッグ中に検査および変更することが困難です。

バイナリ シリアル化は、ネットワーク通信、メモリ内のオブジェクトの配信など、高速性とコンパクト性が必要なシナリオに適しています。ただし、可読性と永続性が必要な一部のシナリオでは、XML や JSON などの他のシリアル化形式を考慮する必要がある場合があります。

3. XML と JSON のシリアル化

3.1 XmlSerializerXML のシリアル化と逆シリアル化に使用する

XmlSerializer.NET Framework で XML のシリアル化と逆シリアル化に使用されるクラスです。以下XmlSerializerを使用した XML シリアル化と逆シリアル化の基本手順を次に示します。
XML シリアル化:

  1. シリアル化するオブジェクトを準備します。まず、シリアル化するオブジェクトがあり、そのオブジェクトの型がSerializable属性でマークされていることを確認します。
  2. インスタンスの作成XmlSerializer:のインスタンスを作成しXmlSerializer、シリアル化するオブジェクトのタイプをパラメータとして渡します。
XmlSerializer serializer = new XmlSerializer(typeof(YourObjectType));
  1. 出力ストリームの作成:StreamWriterまたはを作成して、FileStreamシリアル化されたデータを書き込むターゲット ファイルまたはストリームを定義します。
using (StreamWriter writer = new StreamWriter("yourfile.xml"))
{
    
    
serializer.Serialize(writer, yourObject);
}

XML 逆シリアル化:

  1. インスタンスの作成XmlSerializer:同様に、逆XmlSerializerシリアル化するオブジェクトのタイプをパラメーターとして渡して、 のインスタンスを作成します。
XmlSerializer serializer = new XmlSerializer(typeof(YourObjectType));
  1. 入力ストリームの作成:StreamReaderまたはを作成して、FileStream逆シリアル化するデータを含むファイルまたはストリームを読み取ります。
using (StreamReader reader = new StreamReader("yourfile.xml"))
{
    
    
YourObjectType deserializedObject = (YourObjectType)serializer.Deserialize(reader);
}

このプロセス中に、XmlSerializerオブジェクトは自動的に XML にシリアル化され、XML から XML に逆シリアル化されます。ただし、次の点に注意してください。

  • オブジェクト型にはデフォルトのコンストラクター (引数のないコンストラクター) が必要です。
  • シリアル化されるすべてのメンバーはパブリック プロパティまたはフィールドである必要があり、そのようにマークされている必要がありますpublic。
  • XmlSerializer一般に、大規模または複雑なオブジェクト グラフには適していません。
3.2 DataContractJsonSerializerJSON のシリアル化と逆シリアル化の使用

DataContractJsonSerializer.NET Framework での JSON シリアル化と逆シリアル化に使用されるクラスです。DataContractJsonSerializer以下を使用した JSON シリアル化と逆シリアル化の基本的な手順は次のとおりです。
JSON シリアル化:

  1. シリアル化するオブジェクトを準備します。まず、シリアル化するオブジェクトがあること、およびオブジェクトの型がDataContractおよび属性でDataMemberマークされていることを確認します。
  2. インスタンスの作成DataContractJsonSerializer:のインスタンスを作成しDataContractJsonSerializer、シリアル化するオブジェクトのタイプをパラメータとして渡します。
DataContractJsonSerializer serializer = new DataContractJsonSerializer(typeof(YourObjectType));
  1. 出力ストリームの作成: 出力ストリームStream( または などMemoryStream)を作成してFileStream、シリアル化されたデータの書き込み先を定義します。
using (MemoryStream stream = new MemoryStream())
{
    
    
 	serializer.WriteObject(stream, yourObject);
}

JSON 逆シリアル化:

  1. インスタンスの作成DataContractJsonSerializer:同様に、逆DataContractJsonSerializerシリアル化するオブジェクトのタイプをパラメーターとして渡して、 のインスタンスを作成します。
DataContractJsonSerializer serializer = new DataContractJsonSerializer(typeof(YourObjectType));
  1. 入力ストリームの作成:Stream逆シリアル化するデータを含む JSON を読み取るための入力ストリームを作成します。
using (MemoryStream stream = new MemoryStream(jsonBytes))
{
    
    
    YourObjectType deserializedObject = (YourObjectType)serializer.ReadObject(stream);
}

このプロセス中に、DataContractJsonSerializerオブジェクトは自動的に JSON にシリアル化されるか、JSON からオブジェクトに逆シリアル化されます。ただし、次の点に注意してください。

  • オブジェクト型にはデフォルトのコンストラクター (引数のないコンストラクター) が必要です。
  • シリアル化されるすべてのメンバーはパブリック プロパティまたはフィールドである必要があり、そのようにマークされている必要がありますDataMember。
  • DataContractJsonSerializer一部の高度なシナリオでは、他のライブラリ (例) ほど柔軟ではない可能性がありますNewtonsoft.Json。
3.3 XML と JSON のシリアル化の比較

XML (Extensible Markup Language) と JSON (JavaScript Object Notation) はどちらもデータ交換と保存に一般的に使用される形式であり、共通点と相違点がいくつかあります。
共通点:

  1. 可読性:どちらも人間が判読可能であり、理解および編集が簡単です。
  2. クロスプラットフォームのサポート: XML と JSON には複数のプログラミング言語とプラットフォームで解析および生成ライブラリがあるため、異なるシステム間でのデータ交換が可能です。
  3. 階層:どちらも、さまざまなデータ型をネストできる階層をサポートしています。

XML の利点:

  1. 自己記述型: XML には、データの構造をより詳細に記述するタグと属性があります。
  2. 名前空間: XML は、複雑なデータ モデルの名前空間をサポートします。
  3. 成熟度: XML は JSON よりも早く開発されたため、より多くの標準とツールがサポートされています。

JSON の利点:

  1. コンパクトさ: JSON の構文は、ファイル サイズが大きくなる XML のタグと属性に比べて比較的コンパクトです。
  2. 速度: JSON は構造が単純であるため、一般に XML よりも解析が高速です。
  3. JavaScript ネイティブ サポート: JSON は JavaScript の一部であるため、フロントエンド開発では JavaScript とより緊密に統合されます。
  4. 広く使用されている:最新の Web 開発では、JSON がフロントエンドとバックエンドのデータ交換で広く使用されており、多くの API やサービスでも採用されているため、より一般的です。

該当するシナリオを選択します。

  1. XML: XML は、データ、メタデータ、名前空間などの複雑な構造を記述する必要がある場合に適しています。また、異なるシステム間のデータ交換や、データとメタデータを混合する必要がある場合にも適しています。
  2. JSON:データ交換や Web 開発、特に JavaScript と統合する場合に、よりコンパクトで効率的な形式が必要な場合は、JSON がより一般的に選択されます。API のデータ転送にも適用されます。

4 番目、カスタムのシリアル化と逆シリアル化

4.1ISerializableシリアル化および逆シリアル化ロジックをカスタマイズするためのインターフェイスの実装

ISerializableインターフェイスを実装すると、オブジェクトのシリアル化および逆シリアル化のプロセスをカスタマイズできます。これは、シリアル化時にオブジェクトのデータの一部のみを保存するなど、特別なシリアル化のニーズに非常に役立ちます。ISerializable以下は、インターフェースの実装方法を示す簡単な例です。

using System;
using System.Runtime.Serialization;

[Serializable]
public class Person : ISerializable
{
    
    
    public string Name {
    
     get; set; }
    public int Age {
    
     get; set; }

    public Person(string name, int age)
    {
    
    
        Name = name;
        Age = age;
    }

    // 实现 ISerializable 接口的构造函数
    protected Person(SerializationInfo info, StreamingContext context)
    {
    
    
        Name = info.GetString("Name");
        Age = info.GetInt32("Age");
    }

    // 实现 ISerializable 接口的方法
    public void GetObjectData(SerializationInfo info, StreamingContext context)
    {
    
    
        info.AddValue("Name", Name);
        info.AddValue("Age", Age);
    }
}

上の例では、インターフェイスPersonを実装するクラスを定義しました。ISerializableカスタム コンストラクターとGetObjectDataメソッドでは、オブジェクトのシリアル化と逆シリアル化に必要なデータ項目を指定します。このアプローチにより、機密データの部分的なシリアル化などの特別なニーズに適した、オブジェクトのシリアル化および逆シリアル化プロセスを完全に制御できます。このオブジェクトをシリアル化または逆シリアル化すると、対応するメソッドが呼び出され、カスタムのシリアル化および逆シリアル化ロジックが実行されます。

4.2 カスタムシリアル化処理における注意事項

カスタム シリアル化の際には、考慮すべき点がいくつかあります。

  1. バージョンの互換性:カスタム シリアル化時にオブジェクトの構造を変更する場合は、古いバージョンと新しいバージョンの間の互換性を確認してください。こうすることで、オブジェクトは逆シリアル化されたときに適切に復元されます。
  2. シリアル化順序:メソッド内で値が追加される順序はGetObjectData、コンストラクター内の順序と一致する必要があります。そうしないと、デシリアライズ時にデータ エラーが発生する可能性があります。
  3. 型の変更:オブジェクトに他のオブジェクト参照を含める場合は、それらもシリアル化インターフェイスを正しく実装していることを確認してください。同時に、基本クラスから派生クラスへの変更など、型が変更された場合は、シリアル化および逆シリアル化プロセスの正確さに注意を払う必要があります。
  4. フィールド処理:オブジェクトのフィールドとプロパティの両方をシリアル化中に保存できます。ただし、どのフィールドをシリアル化する必要があるか、どのフィールドをシリアル化する必要がないのか、機密情報を保護する方法を検討する必要があります。
  5. パフォーマンス:カスタム シリアル化には追加の処理とデータ ストレージが必要となるため、パフォーマンスに影響を与える可能性があります。実装する際には、パフォーマンスと要件の関係のバランスを取る必要があります。
  6. 例外処理:カスタム シリアル化での例外の処理は非常に重要です。データの欠落や不正なデータなど、シリアル化および逆シリアル化中に発生する可能性のある例外をコードが処理できることを確認してください。
  7. ドキュメントとコメント:カスタム シリアル化のコードは複雑になる場合があるため、後の開発者が実装を理解できるように、適切なコメントとドキュメントを必ず追加してください。
  8. テスト:カスタム シリアル化を実装する前に、必ず適切にテストしてください。特に異なるバージョン間で、シリアル化と逆シリアル化のプロセスが期待どおりに動作することを確認します。

5. シリアル化されたバージョン管理

5.1 オブジェクト構造の変更がシリアル化と逆シリアル化に及ぼす影響への対処

オブジェクト構造の変更の処理は、シリアル化と逆シリアル化に重要な意味を持ちます。オブジェクト構造の変更には、フィールドの追加、削除、名前変更、型の変更などが含まれる場合があり、これらの変更はシリアル化と逆シリアル化の正確性と互換性に影響します。
フィールドの追加:新しいフィールドがオブジェクトに追加される場合、シリアル化されたデータの古いバージョンでは逆シリアル化時にフィールドが欠落している可能性があります。この問題を解決するには、新しいバージョンのオブジェクトでデフォルト値を使用して、古いバージョンのデータで欠落しているフィールドを処理できます。
フィールドの削除:オブジェクト内のフィールドが削除された場合、古いバージョンのシリアル化されたデータには逆シリアル化中に冗長データが含まれる可能性があるため、これらの冗長データは逆シリアル化中に無視する必要があります。
フィールドの名前変更:フィールドの名前を変更すると、シリアル化されたデータの古いバージョンのフィールド名がオブジェクトの新しいバージョンのフィールド名と一致しないため、逆シリアル化が失敗する可能性があります。名前が変更されたフィールドを処理する場合、シリアル化ロジックをカスタマイズすることで、古いフィールドを新しいフィールドにマップできます。
型の変更:基本クラスから派生クラスへの変更など、オブジェクトの型が変更された場合、またはフィールドの型が変更された場合、新旧バージョン間の互換性を確保する必要があります。これには、逆シリアル化時にデータを新しい型に変換するなど、特別な処理が必要になる場合があります。

オブジェクト構造の変更を処理するには、次のアプローチが検討できます。

  1. バージョン管理:オブジェクトのバージョン管理を導入し、シリアル化されたデータにバージョン情報を含めることができます。バージョンに応じて、異なるシリアル化および逆シリアル化ロジックが使用されます。
  2. デフォルト値を使用する:オブジェクトの新しいバージョンのデフォルト値を使用して、古いバージョンのデータで欠落しているフィールドを処理します。
  3. カスタム シリアル化ロジック:フィールドの名前変更と型の変更については、カスタム シリアル化ロジックによって処理できます。たとえば、カスタムのシリアル化メソッドを使用して、古いフィールドを新しいフィールドにマップします。
  4. データ移行:オブジェクトの構造が大きく変更される場合、古いバージョンのデータを新しいバージョンのオブジェクトに適したデータに変換するデータ移行が検討されます。

オブジェクト構造の変更を処理するには、互換性と正確性の問題を慎重に考慮する必要があります。オブジェクト構造を変更する場合は、シリアル化と逆シリアル化のプロセスにどのような影響を与えるかを検討し、対応する調整と処理を行う必要があります。

5.2OptionalFieldAttributeバージョン管理の使用

OptionalFieldAttributeは、オブジェクトのシリアル化および逆シリアル化中にフィールドの変更を処理するのに役立つバージョン管理の機能です。オブジェクトのフィールドが変更された場合、この機能を使用して、新しく追加されたフィールドだけでなく、古いバージョンのデータから欠落しているフィールドをマークすることができます。OptionalFieldAttributeバージョン管理を使用するための基本的な手順は次のとおりです。

  1. 新しいフィールドをマークする:新しいバージョンのオブジェクトでは、新しいフィールドが追加された場合、OptionalFieldそれらのフィールドに属性を追加できます。これにより、古いバージョンのデータを逆シリアル化するときにこれらのフィールドがオプションであり、データ内に存在しない場合はデフォルト値を使用することがシリアル化エンジンに伝えられます。
[Serializable]
class MyClass
{
    
    
    // 旧版本中没有的字段，使用 OptionalField 标记
    [OptionalField]
    public int NewField;
}
  1. 古いバージョンのデータを処理する:逆シリアル化するときに、古いバージョンのデータが見つかった場合、OptionalFieldAttribute新しく追加されたフィールドの値がデフォルト値に設定されるようにします。
MyClass obj = (MyClass)formatter.Deserialize(stream);
// obj.NewField 将被设置为默认值
  1. デフォルト値を更新する:新しいバージョンの新しいフィールドのデフォルト値が変更された場合は、古いバージョンのデータの互換性に注意する必要があります。古いバージョンのデータは常にデフォルト値を使用して逆シリアル化されるため、デフォルト値の変更はデータの正確性に影響を与える可能性があります。

新しいフィールドを追加する場合は処理できますがOptionalFieldAttribute、フィールドの削除、フィールドの名前変更、型の変更には適していません。より複雑なバージョン変更に対処する場合、互換性と正確性を確保するために、他のバージョン管理戦略とカスタムのシリアル化ロジックを組み合わせることが必要になる場合があります。

ヒント:OptionalFieldAttributeこれは、単純なバージョン変更の場合のシリアル化および逆シリアル化のためのツールですが、より複雑なバージョン管理の問題に対処する場合は、複数の戦略を包括的に考慮する必要があります。

6、カスタムシリアル化フォーマット

6.1IFormatterインターフェイスを使用してカスタムシリアル化形式を実装する

IFormatterインターフェイスを使用して、カスタムのシリアル化および逆シリアル化形式を実装します。IFormatterこのインターフェイスはシリアル化と逆シリアル化のためのコア インターフェイスであり、データ フローの制御とシリアル化形式のカスタマイズ機能を提供します。
カスタム シリアル化形式を実装するための基本的な手順は次のとおりです。

  1. カスタムIFormatter実装を作成する:IFormatterまず、インターフェイスを実装し、その メソッドとSerializeメソッドを実装するクラスを作成する必要がありますDeserialize。これらのメソッドでは、データのシリアル化および逆シリアル化のプロセスを制御できます。
public class CustomFormatter : IFormatter
{
    
    
    public SerializationBinder Binder {
    
     get; set; }
    public StreamingContext Context {
    
     get; set; }
    public ISurrogateSelector SurrogateSelector {
    
     get; set; }

    public object Deserialize(Stream serializationStream)
    {
    
    
        // 实现反序列化逻辑
    }

    public void Serialize(Stream serializationStream, object graph)
    {
    
    
        // 实现序列化逻辑
    }
}
  1. カスタム実装を使用するIFormatter:カスタム実装を作成するとIFormatter、シリアル化および逆シリアル化中にそれを使用できます。
CustomFormatter formatter = new CustomFormatter();
FileStream fileStream = new FileStream("data.bin", FileMode.Create);

// 序列化
formatter.Serialize(fileStream, someObject);

fileStream.Seek(0, SeekOrigin.Begin);

// 反序列化
var deserializedObject = formatter.Deserialize(fileStream);

IFormatterインターフェイスを実装すると、シリアル化と逆シリアル化のプロセスを完全に制御して、カスタムのシリアル化形式を実装できます。これは、よりコンパクトなデータ形式、特定のデータ暗号化など、いくつかの特別なニーズがある場合に非常に役立ちます。

ヒント: カスタムのシリアル化形式は標準形式との非互換性を引き起こす可能性があるため、カスタム形式を使用する場合は、シリアル化コードと逆シリアル化コードの両方がカスタム形式のデータを正しく処理できることを確認する必要があります。

6.2 カスタムフォーマットの適用シナリオと注意事項

カスタム フォーマットの適用シナリオは主に次の側面をカバーしますが、カスタム フォーマットを使用する場合は、標準フォーマットとの互換性と複雑さの増加を考慮する必要があることに注意してください。
アプリケーションシナリオ:

  1. セキュリティと暗号化:シリアル化中にデータを暗号化する必要がある場合は、カスタム形式を使用して特定の暗号化アルゴリズムと復号化ロジックを実装できます。
  2. 圧縮:カスタム形式は、より効率的なデータ圧縮アルゴリズムを実装できるため、シリアル化されたデータのサイズを削減でき、ネットワーク送信またはストレージ容量が制限されているシナリオに適しています。
  3. 特定のデータ構造:オブジェクトをフラットなキーと値のペアに変換するなど、アプリケーションでオブジェクトを特定のデータ構造に保存する必要がある場合は、カスタム形式の方がこの要件を満たすことができます。
  4. 異なるプラットフォーム間でのデータ交換:異なるプラットフォーム間でデータを交換する場合、カスタム形式を使用して、異なる環境でデータを正しく解析できるようにすることができます。

予防：

  1. 互換性の問題:カスタム形式は既存の標準形式と簡単に互換性がない場合があり、他のシステムまたはライブラリとの相互運用性の問題が発生する可能性があります。カスタム形式を選択する場合は、データのクロスプラットフォーム、クロス言語、および長期保存のニーズを慎重に考慮する必要があります。
  2. メンテナンスコスト:カスタム形式では、独自のシリアル化および逆シリアル化ロジックを実装する必要があるため、より多くのコーディングとテストの労力が必要になります。これにより、コードが複雑になり、メンテナンスのコストが増加する可能性があります。
  3. パフォーマンスに関する考慮事項:シリアル化および逆シリアル化でより多くのロジックを実装する必要があるため、カスタム形式のパフォーマンスが低下する可能性があります。カスタム形式によってパフォーマンスが大幅に低下しないようにしてください。
  4. ドキュメントと仕様:カスタム形式を使用する場合は、他の開発者がこの形式を理解して使用できるように、詳細なドキュメントと仕様を提供する必要があります。

7. シリアル化のパフォーマンスとセキュリティ

7.1 シリアル化パフォーマンスの最適化戦略

シリアル化パフォーマンスの最適化は、アプリケーションの効率と応答性を向上させるために非常に重要です。シリアル化パフォーマンスを最適化するための一般的な戦略をいくつか示します。

  1. 適切なシリアル化形式を選択します。JSONや XML などの標準形式では一定のオーバーヘッドが発生しますが、バイナリ形式 (プロトコル バッファー、メッセージパックなど) を選択すると、データ量が削減され、パフォーマンスが向上します。
  2. 循環参照を避ける:循環参照は無限に再帰的なシリアル化を引き起こし、パフォーマンスを低下させる可能性があります。オブジェクト参照を使用して関連オブジェクトを処理し、循環参照を回避します。
  3. フィールドの選択:オブジェクト内の一部のフィールドはシリアル化する必要がない場合があります。タグまたは構成を使用してどのフィールドをシリアル化する必要があるかを示すと、シリアル化されたデータの量を減らすことができます。
  4. キャッシュと再利用:同じデータが頻繁にシリアル化される場合、シリアル化された結果をキャッシュして計算の繰り返しを回避し、パフォーマンスを向上させることができます。
  5. データ構造の最適化:オブジェクトの設計とデータ構造のレイアウトは、シリアル化のパフォーマンスに影響を与える可能性があります。ジャンプする必要があるポインターを減らすために、頻繁に使用されるデータをシリアル化の先頭に配置します。
  6. 並列処理:マルチコア プロセッサでは、シリアル化プロセスを複数のスレッドまたはタスクに分解して、並列パフォーマンスを向上させることができます。
  7. 遅延読み込み:オブジェクトに大量のデータが含まれている場合は、一度に大量のデータをシリアル化することを避けるために、必要に応じてオブジェクトをシリアル化することを検討できます。
  8. 高速シリアル化ライブラリを使用する: JSON.NET、protobufnet など、一部のサードパーティ ライブラリはパフォーマンスが最適化されています。
  9. フィールドの数を減らす:オブジェクト内のフィールドの数を減らすと、シリアル化の複雑さとオーバーヘッドが軽減されます。
  10. 適切なシリアル化ライブラリを選択する:シリアル化ライブラリが異なればパフォーマンスも異なるため、プロジェクトの要件に応じて最高のパフォーマンスを持つライブラリを選択します。
  11. 過剰なネストを避ける:他のオブジェクト内にオブジェクトを過剰にネストすると、シリアル化と逆シリアル化が複雑になります。
  12. 軽量のシリアル化:データの一部のみを転送する必要がある場合は、オーバーヘッドを削減するために、MessagePack などの軽量のシリアル化形式の使用を検討できます。
7.2 シリアル化セキュリティリスクを防止するための対策

シリアル化によってもたらされるセキュリティ リスクを防ぐことは非常に重要です。リスクを軽減するのに役立ついくつかの対策は次のとおりです。

  1. 信頼できないデータのシリアル化は避けてください。信頼できるデータのシリアル化と逆シリアル化のみを行い、信頼できないソースからのデータを操作しないでください。

  2. 逆シリアル化操作を制限する:逆シリアル化操作を制限し、予期されるタイプのデータのみを逆シリアル化して、不必要なデータ解析を回避します。

  3. 厳密に型指定されたシリアル化ライブラリを使用する: JSON.NET などの厳密に型指定されたシリアル化ライブラリを使用します。これにより、一部の型変換やセキュリティの問題が回避されます。

  4. データの検証とフィルタリング:逆シリアル化の前に、データの検証とフィルタリングを実行して、データの整合性と正確性を確認します。

  5. 機密情報をシリアル化しない:情報漏洩を防ぐために、機密情報をシリアル化されたデータに保存しないようにします。

  6. アクセスの制御:シリアル化および逆シリアル化操作へのアクセスを制限し、許可されたユーザーまたはモジュールのみがそれらの操作を実行できるようにします。

  7. 逆シリアル化コードの実行を回避する:逆シリアル化操作中は、リモート コード実行などの問題を回避するために、セキュリティ リスクを引き起こす可能性のあるコードを実行しないでください。

  8. デジタル署名の使用:デジタル署名をシリアル化されたデータに使用して、データの整合性と信頼性を検証できます。

  9. ライブラリの更新と監視:最新のシリアル化ライブラリを使用し、最新のセキュリティ修正に合わせてライブラリを更新し続けます。

  10. セキュリティ監査:シリアル化および逆シリアル化操作のセキュリティ監査を実行し、異常な動作を監視し、タイムリーに対処します。

  11. セキュリティ トレーニング:開発者にセキュリティ トレーニングを提供し、シリアル化のセキュリティ問題に対する意識を高めます。

  12. コード レビュー:シリアル化と逆シリアル化を伴うコードに対して定期的にコード レビューを実施し、潜在的なセキュリティ問題を発見します。

8. シリアル化の適用シナリオ

シリアル化には、プログラミングにおける多くの実用的なアプリケーション シナリオがあり、主にデータの永続化、通信、クロスプラットフォーム データ送信に使用されます。以下に、一般的なシリアル化アプリケーションのシナリオをいくつか示します。

  1. データ ストレージ:シリアル化により、オブジェクトをバイト ストリームに変換して、ファイル、データベース、またはキャッシュに永続的に保存し、その後のオブジェクト状態の読み取りと復元を行うことができます。
  2. ネットワーク通信:ネットワーク通信では、異なるコンピュータ間でオブジェクトをやり取りする必要があります。シリアル化を通じて、オブジェクトを転送可能なデータ形式に変換し、そのデータを異なるエンドポイント間で受け渡すことができます。
  3. Web API:データ転送に Web API を使用する場合、通常、オブジェクトはクライアントとサーバー間のデータ交換のために JSON または XML 形式にシリアル化されます。
  4. 分散システム:分散システムでは、異なるノード間でデータを共有する必要があります。シリアル化により、ノード間のデータ転送や同期が実現できます。
  5. キャッシュ:シリアル化によりオブジェクトをキャッシュに保存できるため、必要なときにオブジェクトをキャッシュから取得できるため、データ アクセス効率が向上します。
  6. メッセージ キュー:シリアル化は、さまざまなコンポーネントまたはサービス間の通信のためにメッセージ キューにメッセージを渡すために使用されます。
  7. リモート呼び出し:リモート プロシージャ コール (RPC) では、クライアントとサーバー間でメソッド呼び出しパラメーターと戻り値を渡すためにシリアル化が使用されます。
  8. クロスプラットフォーム互換性:シリアル化により、オブジェクトを共通のデータ形式に変換して、異なるプログラミング言語やプラットフォーム間でデータを交換できます。
  9. 永続的な構成:シリアル化により、アプリケーション構成情報を構造化された方法で保存し、起動時に読み込むことができます。
  10. テストとデバッグ:テストとデバッグ中に、シリアル化を使用してオブジェクトの状態をファイルに保存し、その後の分析に使用できます。

9. デシリアライズされた例外処理とエラー処理

逆シリアル化中に、さまざまな例外やエラー条件が発生する可能性があるため、適切な例外処理とエラー処理が必要になります。ここでは、一般的な逆シリアル化の例外とエラー、およびそれらの対処方法をいくつか示します。

  1. 形式不一致例外: 逆シリアル化されたデータの形式が予期された形式と一致しない場合、形式例外がスローされます (不正な形式の JSON データなど)。例外がキャッチされた場合、エラー ログが出力され、問題をより深く理解するためにわかりやすいエラー メッセージが提供されます。
  2. バージョン不一致例外: バージョン不一致例外は、シリアル化されたオブジェクトのバージョンが逆シリアル化されたときのバージョンと一致しない場合にスローされます。バージョン管理メカニズムを使用して、オブジェクト データのさまざまなバージョンを管理および処理できます。
  3. 型不一致例外:シリアル化と逆シリアル化の型が一致しない場合、型不一致例外がスローされます。シリアル化と逆シリアル化のデータ型が一貫していることを確認するか、必須の型変換を使用して処理してください。
  4. データ整合性例外:逆シリアル化されたデータが破損しているか不完全であるため、逆シリアル化が失敗する可能性があります。チェックサムや署名などを使用してデータの整合性を確保したり、例外処理を使用して破損したデータを処理したりできます。
  5. ファイルが存在しない例外:ファイルから逆シリアル化する場合、ファイルが存在しない可能性があります。この状況に対処するときは、逆シリアル化する前にファイルが存在するかどうかを確認できます。
  6. 逆シリアル化例外:逆シリアル化プロセス中に、フィールドの損失、データ型変換エラーなど、データの一貫性と構造に関する問題が発生する可能性があります。例外をキャッチした場合、トラブルシューティングのために詳細なエラー情報を出力できます。
  7. 不明な型の例外:逆シリアル化プロセス中に不明な型が発生すると、不明な型の例外がスローされます。不明な型のケースは、リフレクションまたはカスタム解析ロジックを使用して処理できます。
  8. データ セキュリティ:逆シリアル化は悪意のあるデータ実行につながる可能性があるため、信頼できないソースからのデータを逆シリアル化する前に、厳密なデータ検証とセキュリティ チェックを必ず実行してください。

10. シリアル化と逆シリアル化のベスト プラクティス

シリアル化と逆シリアル化は、データの保存、送信、永続化において非常に重要な操作です。シリアル化と逆シリアル化のベスト プラクティスをいくつか示します。

  1. バージョン管理:オブジェクトをシリアル化するときは、将来のデータ形式の変更やアップグレードに対応できるように、バージョン管理メカニズムの使用を検討してください。
  2. データの整合性:チェックサム、署名、ハッシュなどの方法を使用して、シリアル化されたデータの整合性を確保し、送信中のデータの改ざんを防ぎます。
  3. 例外処理:デシリアライズ時には、例外処理が常に行われます。さまざまな異常状況については、適切なエラー メッセージを提供し、その後のトラブルシューティングと修復のためにログを記録します。
  4. 型安全性:逆シリアル化中の型の不一致の問題を回避するために、シリアル化および逆シリアル化には厳密に型指定されたオブジェクトを使用するようにしてください。
  5. データを最小限に抑える:シリアル化する場合は、必要なデータのみをシリアル化し、過剰な冗長データをシリアル化しないようにして、パフォーマンスを向上させ、ストレージ領域を削減します。
  6. シリアル化順序:カスタムのシリアル化または逆シリアル化が必要な場合は、データ エラーを避けるために、シリアル化されたフィールドと逆シリアル化されたフィールドが同じ順序であることを確認してください。
  7. データ セキュリティ:信頼できないソースからのデータの逆シリアル化を防止し、逆シリアル化されたデータに対して厳密な検証と検査を実行して、悪意のあるコードの挿入やデータ漏洩を防ぎます。
  8. 循環参照を避ける:オブジェクト間に循環参照がある場合は、シリアル化および逆シリアル化する際の無限再帰を避けるために、無視または参照の代替手段を使用することを検討してください。
  9. パフォーマンスの最適化:大規模なデータまたは頻繁なシリアル化操作の場合は、圧縮アルゴリズムまたはその他のパフォーマンス最適化戦略を使用して効率を向上させることを検討してください。
  10. プラットフォームの互換性:異なるプラットフォームおよび異なる言語間でシリアル化および逆シリアル化する場合は、データ形式とエンコード方法の互換性を確認してください。
  11. テストと検証:実際の環境でシリアル化と逆シリアル化に関する包括的なテストを実施し、データの正確性と安定性を確認します。

11. シリアル化および逆シリアル化のプロセスにおける型一致の問題

型の一致は、シリアル化およびシリアル化解除中の重要な問題であり、特にアプリケーションの異なるバージョンが関係する場合、またはシリアル化とシリアル化解除が異なる環境で実行される場合に重要です。型一致に関するいくつかの問題と回避策は次のとおりです。

  1. バージョンの互換性:アプリケーションの異なるバージョン間でオブジェクトの構造が変わると、逆シリアル化が失敗する可能性があります。DataContractおよび属性を使用しDataMemberてシリアル化するフィールドを制御し、OptionalFieldAttributeデフォルト値を設定し、 を使用してフィールドの追加と削除を処理できます。
  2. データ変換:シリアル化および逆シリアル化する場合、データ型の互換性も問題になります。たとえば、整数型と浮動小数点型は、プラットフォームによってサイズや精度が異なる場合があります。この問題は、オブジェクト間で明示的な型変換を実行することで解決できます。
  3. カスタム シリアル化:複雑なオブジェクトの場合、カスタムのシリアル化および逆シリアル化プロセスが必要になる場合があります。これは、ISerializableシリアル化および逆シリアル化プロセスを完全に制御するインターフェイスを実装することで実現できます。
  4. 厳密に型指定された逆シリアル化:逆シリアル化するときは、型の不一致を避けるために、目的の型を強制的に逆シリアル化に使用します。これはtypeof演算子を使用して実現できます。
  5. 形式固有のシリアル化: XML や JSON などの特定のシリアル化形式の場合、属性または構成ファイルを使用して型情報を指定し、正しい型一致を保証できます。
  6. データの検証と検証:逆シリアル化後、データの検証と検証を実行して、逆シリアル化されたデータが有効で正しいことを確認する必要があります。

シリアル化および逆シリアル化中、型の一致は特別な注意が必要な問題です。型の不一致やデータ破損を回避するには、適切なシリアル化方法と技術を使用し、アプリケーションの異なるバージョン間で適切にテストおよび検証する必要があります。

12. 事例分析: 実際のアプリケーションにおけるシリアライゼーションとデシリアライゼーション

実際のアプリケーションにおけるシリアル化と逆シリアル化の一般的なシナリオは、ネットワーク通信でのデータ送信です。たとえば、クライアント/サーバー アーキテクチャのアプリケーションでは、クライアントはサーバーにリクエストを送信し、サーバーから返されたデータを受信する必要があります。この場合、シリアル化と逆シリアル化が重要な役割を果たします。
オンライン ストア アプリケーションがあり、クライアントはサーバーに製品情報を要求する必要があり、サーバーは製品情報をシリアル化してクライアントに送信するとします。クライアント側ではデータを受信後、デシリアライズして商品の詳細情報を取得します。

// 服务器端
public class Product
{
    
    
    public int ProductId {
    
     get; set; }
    public string Name {
    
     get; set; }
    public decimal Price {
    
     get; set; }
}

// 在服务器端进行序列化
Product product = new Product {
    
     ProductId = 1, Name = "Example Product", Price = 29.99 };
using (FileStream fs = new FileStream("productdata.dat", FileMode.Create))
{
    
    
    BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
    formatter.Serialize(fs, product);
}

// 客户端
// 在客户端进行反序列化
using (FileStream fs = new FileStream("productdata.dat", FileMode.Open))
{
    
    
    BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
    Product receivedProduct = (Product)formatter.Deserialize(fs);
    Console.WriteLine($"Product ID: {
      
      receivedProduct.ProductId}");
    Console.WriteLine($"Product Name: {
      
      receivedProduct.Name}");
    Console.WriteLine($"Product Price: {
      
      receivedProduct.Price}");
}

この場合、サーバーは製品オブジェクトをバイナリ データにシリアル化し、ネットワーク経由でクライアントに送信します。クライアントはデータを受信すると、それを逆シリアル化して製品オブジェクトに復元し、表示する製品の詳細情報を抽出します。

13. まとめ

シリアル化と逆シリアル化は、オブジェクト指向プログラミングにおける重要な概念であり、オブジェクトをトランスポータブルまたはストレージ形式に変換したり、シリアル化されたデータをオブジェクトに変換したりするために使用されます。このメカニズムは、データ送信、永続ストレージ、および構成管理において広範囲に応用できます。
シリアル化により、異なるアプリケーション、プラットフォーム、環境間でデータを転送および共有できるようになります。これは、複雑なオブジェクト構造を、送信および保存のためにバイナリ、XML、または JSON などの形式に変換する便利な方法を提供します。シリアル化の利点は、複雑なデータ構造を処理し、異なるシステム間でデータの一貫性を維持できることです。
ただし、シリアル化を使用するには、バージョン管理、セキュリティ、パフォーマンスなどのいくつかの側面に注意する必要があります。シリアル化されたデータを異なるバージョン間で正しく解析できるようにするために、バージョン管理メカニズムと適切な属性を使用できます。また、セキュリティの観点から、機密情報のシリアル化を避け、セキュリティ リスクを防ぐための措置を講じてください。
パフォーマンスの面では、適切なシリアル化形式を選択し、大きなオブジェクトのシリアル化を回避し、シリアル化によって生じるオーバーヘッドを考慮することで最適化できます。同時に、シリアル化の内部メカニズムを理解し、ベスト プラクティスを使用することで、シリアル化操作のパフォーマンスと効率を効果的に向上させることができます。
シリアル化と逆シリアル化は最新のプログラミングに不可欠な部分であり、さまざまな環境でデータを効率的に送信および保存し、システムの相互運用性と保守性を向上させるのに役立ちます。シリアル化の原理、アプリケーション シナリオ、注意事項を理解すると、効率的で安全かつ信頼性の高いコードを作成するのに役立ちます。

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転載: blog.csdn.net/gangzhucoll/article/details/132251919
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