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C# 的三种序列化方法.doc

《C# 的三种序列化方法》

在C# (.NET)开发中，序列化（Serialization）是将对象转换为可存储或传输格式（如二进制、JSON、XML）的过程，反序列化（Deserialization）则是将格式化数据还原为对象的过程。序列化广泛应用于数据持久化、网络通信、缓存存储等场景。本文将详细介绍C#中三种主流的序列化方法：二进制序列化、XML序列化和JSON序列化，分析它们的原理、优缺点及适用场景，并提供完整的代码示例。

一、二进制序列化

二进制序列化将对象转换为紧凑的二进制格式，保留对象的完整类型信息，包括私有字段和程序集版本。它是.NET Framework中最早支持的序列化方式，适用于需要高效存储或传输的场景。

1.1 基本实现

使用`System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary`命名空间中的`BinaryFormatter`类实现二进制序列化：

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

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

public class BinarySerializationDemo
{
    public static void Serialize()
    {
        var person = new Person { Name = "Alice", Age = 30 };
        var formatter = new BinaryFormatter();

        using (var stream = new FileStream("person.bin", FileMode.Create))
        {
            formatter.Serialize(stream, person);
        }
        Console.WriteLine("二进制序列化完成");
    }

    public static void Deserialize()
    {
        var formatter = new BinaryFormatter();

        using (var stream = new FileStream("person.bin", FileMode.Open))
        {
            var person = (Person)formatter.Deserialize(stream);
            Console.WriteLine($"反序列化结果: Name={person.Name}, Age={person.Age}");
        }
    }
}

关键点：

被序列化的类必须标记`[Serializable]`特性
不支持跨平台（.NET Core 3.1+已标记为不安全，建议使用替代方案）
序列化结果不可读，但体积小、速度快

1.2 安全问题与替代方案

微软已将`BinaryFormatter`标记为不安全，因其存在反序列化漏洞。推荐替代方案：

System.Text.Json二进制扩展（.NET 5+）：

using System.Text.Json;
using System.IO;

public class SafeBinaryDemo
{
    public static void Serialize()
    {
        var person = new Person { Name = "Bob", Age = 25 };
        var options = new JsonSerializerOptions { WriteIndented = true };
        var json = JsonSerializer.Serialize(person, options);
        var bytes = System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(json);
        File.WriteAllBytes("person_safe.bin", bytes);
    }

    public static void Deserialize()
    {
        var bytes = File.ReadAllBytes("person_safe.bin");
        var json = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(bytes);
        var person = JsonSerializer.Deserialize(json);
        Console.WriteLine($"安全反序列化: Name={person.Name}");
    }
}

二、XML序列化

XML序列化将对象转换为符合XML标准的文本格式，具有良好的可读性和跨平台性。.NET提供了`System.Xml.Serialization`命名空间中的`XmlSerializer`类实现。

2.1 基本实现

using System;
using System.IO;
using System.Xml.Serialization;

public class Book
{
    public string Title { get; set; }
    public string Author { get; set; }
    public decimal Price { get; set; }
}

public class XmlSerializationDemo
{
    public static void Serialize()
    {
        var book = new Book { Title = "C#高级编程", Author = "Jon Skeet", Price = 99.99m };
        var serializer = new XmlSerializer(typeof(Book));

        using (var writer = new StreamWriter("book.xml"))
        {
            serializer.Serialize(writer, book);
        }
        Console.WriteLine("XML序列化完成");
    }

    public static void Deserialize()
    {
        var serializer = new XmlSerializer(typeof(Book));

        using (var reader = new StreamReader("book.xml"))
        {
            var book = (Book)serializer.Deserialize(reader);
            Console.WriteLine($"反序列化结果: Title={book.Title}, Price={book.Price}");
        }
    }
}

生成的XML文件内容：



  C#高级编程
  Jon Skeet
  99.99

2.2 高级特性

控制XML元素名称：

[XmlRoot("LibraryBook")]
public class Book
{
    [XmlElement("BookTitle")]
    public string Title { get; set; }

    [XmlAttribute("authorName")]
    public string Author { get; set; }
}

忽略字段：

public class Book
{
    public string Title { get; set; }

    [XmlIgnore]
    public string InternalCode { get; set; } // 不会被序列化
}

2.3 优缺点分析

优点：

人类可读，便于调试
支持跨平台和多种编程语言
可通过XSD验证数据结构

缺点：

序列化结果体积较大
性能低于二进制序列化
不支持循环引用

三、JSON序列化

JSON（JavaScript Object Notation）已成为Web API和现代应用的首选数据格式。.NET通过`System.Text.Json`（.NET Core 3.0+）和`Newtonsoft.Json`（第三方库）提供JSON序列化支持。

3.1 System.Text.Json实现

微软官方推荐的轻量级JSON库，性能优于Newtonsoft.Json：

using System;
using System.IO;
using System.Text.Json;

public class Product
{
    public string Id { get; set; }
    public string Name { get; set; }
    public decimal UnitPrice { get; set; }
}

public class JsonSerializationDemo
{
    public static void Serialize()
    {
        var product = new Product 
        { 
            Id = "P001", 
            Name = "笔记本电脑", 
            UnitPrice = 5999.99m 
        };

        var options = new JsonSerializerOptions
        {
            WriteIndented = true, // 格式化输出
            PropertyNamingPolicy = JsonNamingPolicy.CamelCase // 属性名转为驼峰式
        };

        var json = JsonSerializer.Serialize(product, options);
        File.WriteAllText("product.json", json);
        Console.WriteLine("JSON序列化完成");
    }

    public static void Deserialize()
    {
        var json = File.ReadAllText("product.json");
        var product = JsonSerializer.Deserialize(json);
        Console.WriteLine($"反序列化结果: Name={product.Name}, Price={product.UnitPrice}");
    }
}

生成的JSON文件内容：

{
  "id": "P001",
  "name": "笔记本电脑",
  "unitPrice": 5999.99
}

3.2 Newtonsoft.Json实现

虽然微软推荐使用System.Text.Json，但Newtonsoft.Json仍因其丰富的功能被广泛使用：

using System;
using System.IO;
using Newtonsoft.Json;

public class Order
{
    public string OrderId { get; set; }
    public DateTime OrderDate { get; set; }
    [JsonProperty("customer_name")] // 自定义属性名
    public string CustomerName { get; set; }
}

public class NewtonsoftJsonDemo
{
    public static void Serialize()
    {
        var order = new Order
        {
            OrderId = "ORD1001",
            OrderDate = DateTime.Now,
            CustomerName = "张三"
        };

        var settings = new JsonSerializerSettings
        {
            Formatting = Formatting.Indented,
            DateFormatString = "yyyy-MM-dd" // 自定义日期格式
        };

        var json = JsonConvert.SerializeObject(order, settings);
        File.WriteAllText("order.json", json);
    }

    public static void Deserialize()
    {
        var json = File.ReadAllText("order.json");
        var order = JsonConvert.DeserializeObject(json);
        Console.WriteLine($"反序列化结果: OrderId={order.OrderId}, Date={order.OrderDate}");
    }
}

3.3 性能对比与选择建议

特性	System.Text.Json	Newtonsoft.Json
性能	更快（原生实现）	较慢
功能	基础功能	更丰富（如LINQ to JSON）
跨平台	完全支持	完全支持
推荐场景	新项目、高性能需求	遗留系统、复杂JSON处理

四、三种序列化方法对比

对比项	二进制序列化	XML序列化	JSON序列化
可读性	不可读	人类可读	人类可读
性能	最快	最慢	中等
体积	最小	最大	中等
跨平台	差（已不推荐）	好	最好
典型应用	进程间通信、缓存	配置文件、Web服务	Web API、移动应用

五、最佳实践建议

1. 安全性优先：避免使用`BinaryFormatter`，优先选择JSON或安全二进制方案

2. 性能敏感场景：.NET Core 3.1+使用`System.Text.Json`，遗留系统可考虑`Newtonsoft.Json`

3. 跨平台需求：优先选择JSON或XML

4. 版本控制：为序列化类添加版本控制特性（如`[ProtoContract]`用于Protocol Buffers）

5. 敏感数据：序列化前加密敏感字段，反序列化后解密

六、完整示例：综合应用

using System;
using System.IO;
using System.Text.Json;
using System.Xml.Serialization;

// 共享模型
public class Customer
{
    public int Id { get; set; }
    public string Name { get; set; }
    public string Email { get; set; }
}

public class SerializationComparison
{
    public static void RunAll()
    {
        var customer = new Customer
        {
            Id = 1001,
            Name = "李四",
            Email = "lisi@example.com"
        };

        // JSON序列化
        JsonSerialize(customer);

        // XML序列化
        XmlSerialize(customer);

        // 安全二进制模拟（实际应避免BinaryFormatter）
        SafeBinarySimulation(customer);
    }

    private static void JsonSerialize(Customer customer)
    {
        var options = new JsonSerializerOptions { WriteIndented = true };
        var json = JsonSerializer.Serialize(customer, options);
        File.WriteAllText("customer.json", json);
        Console.WriteLine("JSON序列化结果已保存");
    }

    private static void XmlSerialize(Customer customer)
    {
        var serializer = new XmlSerializer(typeof(Customer));
        using (var writer = new StreamWriter("customer.xml"))
        {
            serializer.Serialize(writer, customer);
        }
        Console.WriteLine("XML序列化结果已保存");
    }

    private static void SafeBinarySimulation(Customer customer)
    {
        // 实际开发中应使用更安全的方案
        var json = JsonSerializer.Serialize(customer);
        var bytes = System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(json);
        File.WriteAllBytes("customer_simulated_bin.dat", bytes);
        Console.WriteLine("模拟安全二进制序列化完成");
    }
}

// 程序入口
class Program
{
    static void Main()
    {
        SerializationComparison.RunAll();
        Console.WriteLine("所有序列化操作完成");
    }
}

关键词：C#序列化、二进制序列化、XML序列化、JSON序列化、System.Text.Json、Newtonsoft.Json、.NET序列化、对象持久化、数据交换格式

简介：本文详细介绍了C# (.NET)中的三种主流序列化方法：二进制序列化、XML序列化和JSON序列化。通过完整的代码示例展示了每种方法的实现方式，分析了它们的性能、可读性、安全性等特点，并提供了跨平台兼容性和最佳实践建议。适合需要处理数据持久化、网络通信或缓存存储的C#开发者参考。

《C# 的三种序列化方法.doc》

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