【序列化】概念及二叉树序列化、反序列化的两种方式

序列化是什么？为什么需要序列化？

前言：

（1）进程想要运行，就要向操作系统申请内存空间，进程对数据的所有操作都是在内存空间中完成的。内存中有一部分数据很重要，我们希望将这些数据存储到磁盘中，就算进程被杀死、机器重启仍能找到这些数据，这时候就需要使用到序列化。

（2）以redis执行命令的流程为例，客户端（进程）想要执行一条命令，首先需要将命令封装（序列化）成redis协议指定的数据格式，随后基于socket将数据发送给redis服务（进程）；redis服务收到数据后，将数据解析成具体的命令（反序列化），执行命令后，将执行结果封装成redis协议指定的数据格式（序列化）返回给客户端

序列化指将数据转化成某种可以存储或传输形式的过程。无论是将内存中的数据迁移到磁盘，还是进程间的通信都需要使用到序列化。

题目：297. 二叉树的序列化与反序列化 - 力扣（LeetCode）

题目描述：

解决方案：

题目需要我们既可以将一棵二叉树转化成字符串的形式（序列化），又可以将字符串还原成一颗二叉树（反序列化）。

（1）先序：

public class Codec {// Encodes a tree to a single string.public String serialize(TreeNode root) {StringBuilder sb = new StringBuilder();String result = serialize(root, sb);return result;}private static String serialize(TreeNode root,StringBuilder sb){//空节点用$符号填充if(root == null)sb.append("$,");else{//非空节点则添加节点值sb.append(root.val + ",");serialize(root.left,sb);serialize(root.right,sb);}return sb.toString();}// Decodes your encoded data to tree.public TreeNode deserialize(String data) {//获取元素是二叉树结点的字符串数组String [] val = data.split(",");//从字符串数组的索引0开始初始化二叉树cnt = 0;TreeNode root = deserialize(val);return root;}//cnt：即将被创建的结点public static int cnt;private static TreeNode deserialize(String [] val){String value = val[cnt++];if (value.equals("$")){//碰到$占位符，说明是空结点，直接返回nullreturn null;}else{//不是$，则创建结点TreeNode node = new TreeNode(Integer.parseInt(value));//将递归结果作为左、右子树node.left = deserialize(val);node.right = deserialize(val);//返回当前结点return node;}}
}

原理：

（1）序列化：以先序遍历的方式访问二叉树的每一个结点，并将结点值序列化成字符串，如果碰到空结点，就用$表示，最后会得到一个由"结点值"、"$"、"，"等三种字符组成的字符串。

（2）反序列化：将字符串通过split分割成一个字符串数组val，基于val数组和cnt指针以先序的顺序重建字符串。

（2）层序：配合队列逐层序列化、反序列化二叉树。

public class Codec {public static int MAX = 10001;//用数组模拟队列，层序遍历整棵树public static TreeNode [] q = new TreeNode[MAX];//head == tail时，队列的size == 0public static int head,tail;// Encodes a tree to a single string.public String serialize(TreeNode root) {StringBuilder sb = new StringBuilder();if(root != null){//初始化队列大小head = tail = 0;//序列化当前结点sb.append(root.val + ",");//头结点入队q[tail++] = root;//循环结束条件：队列为空while(head < tail){TreeNode node = q[head++];if(node.left != null){//子节点不为null//既序列化结点，又让结点入队sb.append(node.left.val +",");q[tail++] = node.left;}else{//子节点为null//用$填充，不让结点入队sb.append("$,");}if(node.right != null){sb.append(node.right.val +",");q[tail++] = node.right;}else{sb.append("$,");   }}}return sb.toString();}// Decodes your encoded data to tree.public TreeNode deserialize(String data) {//有可能是空树，空树直接返回nullif(data.equals(""))return null;//分割字符String [] val = data.split(",");//cnt变量从索引0开始遍历val字符串数组，并在遍历过程中创建结点int cnt = 0;//创建根节点TreeNode root = createNode(val[cnt++]);//重置head、tail指针head = tail = 0;q[tail++] = root;while(head < tail){TreeNode node = q[head++];node.left = createNode(val[cnt++]);node.right = createNode(val[cnt++]);//左、右孩子不是空结点就入队//因为要初始化它们的左、右孩子if(node.left != null){q[tail++] = node.left;}if(node.right != null){q[tail++] = node.right;}}return root;}private TreeNode createNode(String val){//val == "$"，说明是空结点，返回null//val != "$"，不是空结点，创建结点并返回return val.equals("$") ? null : new TreeNode(Integer.parseInt(val));}
}

层序序列化图解：