Розбираємося з поняттям: що таке серіалізація в програмуванні

Що таке серіалізація насправді? У програмуванні це популярний метод для збереження та передачі об’єктів і даних між різними системами та мовами програмування. Він дає змогу зберігати стан об’єктів, створених у програмі, і потім відновлювати їх на іншому пристрої або в іншому застосунку. Серіалізація та десеріалізація – це процеси, які дають змогу перетворити дані з об’єктів у байти і назад. Вони відіграють ключову роль у багатьох аспектах програмування, як-от збереження та завантаження стану додатка, віддалені виклики методів і передача даних між різними додатками. У даній статті ми докладніше розглянемо і основні принципи та приклади використання даного процесу.

Що це за процес?

Серіалізація – це процес перетворення складних структур даних, які використовуються в програмуванні, у форму, яку можна передавати між різними системами. Необхідний для будь-якої взаємодії між системами крім передачі даних у поточному коді. Навіть якщо ви не думаєте, що використовуєте серіалізацію, вона все одно працює за лаштунками.

Адже після перетворення даних назад у вихідну форму ви отримаєте ту саму структуру даних, що й раніше. Без неї вам довелося б створювати власні протоколи та методи для перетворення даних у форму, яку можна було б передавати між різними системами.

Історія 

Технологію серіалізації розробляли понад півстоліття. Термін уперше з’явився в 1950-х роках для передачі даних між різними процесами на одному комп’ютері. У цей момент об’єкти зберігаються в оперативній пам’яті, і дані необхідно передати іншому процесу, що працює на тому самому комп’ютері.

З розвитком мережевих технологій серіалізація стала використовуватися для передачі даних між різними комп’ютерами. У 1970-х з’явилися перші протоколи для передачі даних мережею, і серіалізація стала бажаною технікою. Тоді для передачі даних використовували протоколи на основі рядків, такі як кодування ASCII. Серіалізація об’єктів необхідна для перетворення об’єктів у текстовий формат, який можна передавати мережею.

З появою протоколів зв’язку вищого рівня, таких як TCP/IP, і розвитком мов програмування цей процес став більш загальним і різноманітним. Серіалізація зараз використовується в різних галузях програмування: передача даних між комп’ютерами, збереження стану додатка в базі даних, обробка файлів тощо.

Нині доступно безліч її форматів: JSON, XML, Protocol Buffers тощо. У кожного з них є переваги і недоліки – вибір залежить від конкретного завдання і вимог до продуктивності та безпеки передачі даних.

Основні принципи 

Серіалізація допомагає передавати об’єкти мережею або зберігати їх у файли. Наприклад, якщо ви хочете створити розподілений застосунок, де різні частини мають обмінюватися даними зі складними структурами, то для таких типів даних потрібно написати код, який виконуватиме обидва процеси. Спочатку об’єкт заповнюється необхідними даними, потім викликається код серіалізації, в результаті чого може бути створено, наприклад, XML-документ. Після цього серіалізовані результати можуть бути передані електронною поштою або за протоколом HTTP. Додаток, що приймає, створює об’єкт того самого типу і викликає код десеріалізації, унаслідок чого виходить об’єкт із тими самими даними, що й об’єкт додатка, який надсилає. Наприклад, так працює серіалізація об’єктів через SOAP у Microsoft .NET.

Приклади використання в різних мовах програмування

Різні мови програмування надають свої способи серіалізації даних, які можуть бути використані в різних ситуаціях. Ось кілька прикладів її використання в різних мовах програмування:

• Java. У цьому випадку для серіалізації об’єктів використовується інтерфейс Serializable. Він дозволяє зберігати об’єкти у файли або передавати їх мережею. Серіалізований об’єкт може бути десеріалізований тільки в тому випадку, якщо клас об’єкта і його поля також мають інтерфейс Serializable.

• Python. Тут для серіалізації даних можна використовувати модуль pickle. Він дозволяє серіалізувати об’єкти Python у рядок байтів або зберігати їх у файли. Модуль pickle також підтримує безпечний режим серіалізації, який запобігає виконанню шкідливого коду під час десеріалізації.

• C#. У цьому прикладі можна використовувати класи BinaryFormatter, XmlSerializer або DataContractSerializer. BinaryFormatter серіалізує об’єкти в бінарний формат, а XmlSerializer і DataContractSerializer – у формат XML. У C# також є можливість ручної серіалізації об’єктів за допомогою інтерфейсу ISerializable.

• Ruby. Для цієї мови програмування використовується модуль Marshal. Він дає змогу серіалізувати об’єкти Ruby у рядок байтів або зберігати їх у файли. Модуль Marshal підтримує процес практично всіх об’єктів Ruby, крім деяких системних об’єктів.

• JavaScript. У JavaScript можна використовувати метод JSON.stringify(). Він перетворює об’єкт JavaScript у формат JSON, який можна зберегти у файли або передати мережею. Для десеріалізації даних можна використовувати метод JSON.parse().

Це лише кілька прикладів використання серіалізації в різних мовах програмування. Однак, необхідно пам’ятати, що використання серіалізації може призвести до різних проблем безпеки, якщо її не використовувати правильно.

🔰 Щойно починаєте свій шлях у програмуванні? Приходьте на наші стартові курси! 🚀 Ваші попередні знання не відіграють ролі, наші курси побудовані так, щоб кожен міг успішно почати. 🎓 Опануйте Java ☕, Python 🐍 та JavaScript 📜, розуміючи складні речі простою мовою. 💡 Станьте частиною IT-спільноти вже сьогодні та розпочніть свою подорож у світ коду! 💻

Проблеми та ризики

Цей процес може спричинити низку ризиків і проблем. Нижче перелічено найпоширеніші з них:

• Уразливості десеріалізації. Несанкціонований доступ до даних може призвести до віддаленого виконання коду на стороні клієнта або сервера. Це може дозволити зловмиснику отримати повний контроль над системою або вкрасти конфіденційні дані. Для запобігання таким атакам необхідно дотримуватися рекомендацій щодо безпечного використання механізмів десеріалізації: використовувати безпечні методи для цього процесу, білий список допустимих класів і підписи для переданих серіалізованих даних.

• Втрата даних: помилки під час серіалізації можуть призвести до втрати даних. Наприклад, якщо ви спробуєте серіалізувати об’єкт, що містить посилання на інші об’єкти, з якими неможливо це зробити, у підсумку це може призвести до втрати даних під час десеріалізації. Щоб уникнути втрати даних, вам необхідно переконатися, що всі посилання на інші об’єкти всередині об’єкта справді серіалізуються.

• Порушення конфіденційності: серіалізовані дані можуть містити конфіденційну інформацію, яка не повинна бути доступна стороннім. Для запобігання такому порушенню необхідно використовувати методи шифрування даних і забезпечувати захист сертифікатами.

• Непередбачувана поведінка: серіалізація може призвести до непередбачуваної поведінки програми, особливо якщо застосовуються сторонні бібліотеки. Наприклад, якщо вони надають власну реалізацію цього процесу, яка може не збігатися зі стандартною реалізацією. Це може призвести до помилок і непередбачуваної поведінки програми під час десеріалізації.

Загалом, щоб уникнути проблем і ризиків, необхідно використовувати відповідні методи та інструменти, а також дотримуватися заходів безпеки та рекомендацій щодо безпечного використання механізмів серіалізації та десеріалізації.

Висновок

Висновки про те, як серіалізація допомагає в розробці програмного забезпечення, досить очевидні. Це дає змогу зберігати та передавати дані між різними системами та мовами програмування. Це особливо корисно у випадку розподілених систем, де різні компоненти мають обмінюватися даними.

Однак, необхідно бути обережними з використанням цього процесу, оскільки це може призвести до низки проблем і вразливостей, пов’язаних із безпекою та сумісністю. Деякі з ризиків, пов’язаних із серіалізацією, включають в себе можливість ін’єкції коду і зниження продуктивності при багаторазовому використанні.

У майбутньому, поліпшення в технології серіалізації будуть спрямовані на підвищення безпеки та продуктивності. Також, з’являються нові її формати, наприклад, Protocol Buffers, які можуть бути більш ефективними та безпечними, ніж традиційні методи.