为什么float的二进制序列化使用55个字节？

时间：2013-05-22 18:00:10

标签： c# serialization

我有一项任务是花费数百万个浮点数并将它们以5,000个批量存储在数据库中，作为二进制文件。这迫使我学习有关序列化性能的有趣事情。

令我惊讶的一件事是序列化数据的大小，比我预期的要高十倍。这个测试向我展示了一个四字节的浮点数被串行化为55个字节，一个8字节的双精度数转换为59个字节。

这里发生了什么？我希望它简单地将浮点值分成四个字节。其他51个字节是什么？

private void SerializeFloat()
{
    Random rnd = new Random();
    IFormatter iFormatter = new BinaryFormatter();

    using (MemoryStream memoryStream = new MemoryStream(10000000))
    {
        memoryStream.Capacity = 0;
        iFormatter.Serialize(memoryStream, (Single)rnd.NextDouble());
        iFormatter.Serialize(memoryStream, rnd.NextDouble());
    }
}

4 个答案:

答案 0 :(得分：5)

序列化不仅仅是将位和字节串行化为流。序列化是结构化输出。此结构可以解释您的实际差异。该框架对其他信息进行编码，使其了解序列化数据中对象的类型和数量，以及许多其他可能性。这是一个最好的实施细节。

如果您需要非结构化输出you could use BinaryWriter instead。

答案 1 :(得分：3)

二进制序列化是类型安全。它确保当您反序列化数据时，您将获得完全相同的对象。

为了完成这项工作，BinaryFormatter会添加有关您序列化的对象类型的其他数据。你看到了额外的开销。您可以通过序列化到FileStream并使用十六进制查看器查看生成的文件来查看它。您将看到字符串，例如“System.Single”，类型名称和“m_value”，即存储值的字段的名称。减少开销的一个好方法是，比如序列化一个数组。

BinaryWriter恰恰相反，非常紧凑但不是类型安全的。两者之间有很多替代品。

答案 2 :(得分：2)

因为对于我决定做这篇文章的人来说可能有兴趣关于序列化.NET对象的二进制格式是什么样子以及我们如何正确解释它？

我的所有研究都基于.NET Remoting: Binary Format Data Structure规范。



示例类：

为了有一个工作示例，我创建了一个名为A的简单类，它包含2个属性，一个字符串和一个整数值，它们被称为SomeString和SomeValue。

班级A如下所示：

[Serializable()]
public class A
{
    public string SomeString
    {
        get;
        set;
    }

    public int SomeValue
    {
        get;
        set;
    }
}

对于序列化，我当然使用BinaryFormatter：

BinaryFormatter bf = new BinaryFormatter();
StreamWriter sw = new StreamWriter("test.txt");
bf.Serialize(sw.BaseStream, new A() { SomeString = "abc", SomeValue = 123 });
sw.Close();

可以看出，我传递了一个包含A和abc的类123的新实例作为值。



示例结果数据：

如果我们在十六进制编辑器中查看序列化结果，我们会得到类似的结果：

Example result data



让我们解释一下示例结果数据：

根据上述规范（这里是PDF的直接链接：[MS-NRBF].pdf），流中的每条记录都由RecordTypeEnumeration标识。第2.1.2.1 RecordTypeNumeration节说明：

  

此枚举标识记录的类型。每条记录（MemberPrimitiveUnTyped除外）都以记录类型枚举开头。枚举的大小是一个BYTE。



的 SerializationHeaderRecord：

因此，如果我们回顾一下我们得到的数据，我们就可以开始解释第一个字节了：

SerializationHeaderRecord_RecordTypeEnumeration

正如2.1.2.1 RecordTypeEnumeration中所述，0的值标识了SerializationHeaderRecord中指定的2.6.1 SerializationHeaderRecord：

  

SerializationHeaderRecord记录必须是二进制序列化中的第一条记录。此记录包含格式的主要版本和次要版本以及顶部对象和标题的ID。

它包括：

  • RecordTypeEnum（1个字节）
  • RootId（4个字节）
  • HeaderId（4个字节）
  • MajorVersion（4个字节）
  • MinorVersion（4个字节）



有了这些知识，我们就可以解释包含17个字节的记录：

SerializationHeaderRecord_Complete

00代表RecordTypeEnumeration，在我们的案例中为SerializationHeaderRecord。

01 00 00 00代表RootId

  

如果序列化流中既不存在BinaryMethodCall也不存在BinaryMethodReturn记录，则该字段的值必须包含序列化流中包含的Class，Array或BinaryObjectString记录的ObjectId。

所以在我们的例子中，这应该是ObjectId，其值为1（因为数据是使用little-endian序列化的），我们希望再次看到它们; - ）

FF FF FF FF代表HeaderId

01 00 00 00代表MajorVersion

00 00 00 00代表MinorVersion



的 BinaryLibrary：

根据规定，每条记录必须以RecordTypeEnumeration开头。当最后一条记录完成时，我们必须假设一条新记录开始。

让我们解释下一个字节：

BinaryLibraryRecord_RecordTypeEnumeration

我们可以看到，在我们的示例中，SerializationHeaderRecord后跟BinaryLibrary记录：

  

BinaryLibrary记录将INT32 ID（在[MS-DTYP]第2.2.22节中指定）与库名称相关联。这允许其他记录使用ID引用库名称。当有多个记录引用相同的库名称时，此方法会减小电线大小。

它包括：

  • RecordTypeEnum（1个字节）
  • LibraryId（4个字节）
  • LibraryName（可变字节数（LengthPrefixedString））



如2.1.1.6 LengthPrefixedString中所述......

  

LengthPrefixedString表示字符串值。该字符串以UTF-8编码字符串的长度为前缀，以字节为单位。长度编码在可变长度字段中，最小为1个字节，最多为5个字节。为了最小化导线尺寸，将长度编码为可变长度字段。

在我们的简单示例中，长度始终使用1 byte进行编码。有了这些知识，我们可以继续解释流中的字节：

BinaryLibraryRecord_RecordTypeEnumeration_LibraryId

0C代表标识RecordTypeEnumeration记录的BinaryLibrary。

02 00 00 00代表LibraryId，在我们的案例中为2。



现在LengthPrefixedString跟随：

BinaryLibraryRecord_RecordTypeEnumeration_LibraryId_LibraryName

42代表包含LengthPrefixedString的{​​{1}}的长度信息。

在我们的例子中，LibraryName（十进制66）的长度信息告诉我们，我们需要读取接下来的66个字节并将它们解释为42。

如前所述，字符串是LibraryName编码的，因此上面字节的结果类似于：UTF-8



的 ClassWithMembersAndTypes：

同样，记录已完成，因此我们解释了下一个的_WorkSpace_, Version=1.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=null：

ClassWithMembersAndTypesRecord_RecordTypeEnumeration

RecordTypeEnumeration标识05条记录。第ClassWithMembersAndTypes节说明：

  

ClassWithMembersAndTypes记录是类记录中最详细的。它包含有关成员的元数据，包括成员的名称和远程处理类型。它还包含一个引用类的库名称的库ID。

它包括：

  • RecordTypeEnum（1个字节）
  • ClassInfo（可变字节数）
  • MemberTypeInfo（可变字节数）
  • LibraryId（4个字节）



的的ClassInfo：

如2.3.2.1 ClassWithMembersAndTypes所述，记录包括：

  • ObjectId（4个字节）
  • 名称（可变字节数（再次为2.3.1.1 ClassInfo））
  • MemberCount（4个字节）
  • MemberNames（LengthPrefixedString＆＃39; s的序列，其中项目数必须等于LengthPrefixedString字段中指定的值。）



回到原始数据，一步一步：

ClassWithMembersAndTypesRecord_RecordTypeEnumeration_ClassInfo_ObjectId

MemberCount代表01 00 00 00。我们已经看过这个，它被指定为ObjectId中的RootId。

ClassWithMembersAndTypesRecord_RecordTypeEnumeration_ClassInfo_ObjectId_Name

SerializationHeaderRecord表示使用0F 53 74 61 63 6B 4F 76 65 72 46 6C 6F 77 2E 41表示的类的Name。如上所述，在我们的示例中，字符串的长度定义为1个字节，因此第一个字节LengthPrefixedString指定必须使用UTF-8读取和解码15个字节。结果如下所示：0F - 显然我使用StackOverFlow.A作为命名空间的名称。

ClassWithMembersAndTypesRecord_RecordTypeEnumeration_ClassInfo_ObjectId_Name_MemberCount

StackOverFlow代表02 00 00 00，它告诉我们2位成员，均由MemberCount代表。

第一个成员的名字： ClassWithMembersAndTypesRecord_MemberNameOne

LengthPrefixedString代表第一个1B 3C 53 6F 6D 65 53 74 72 69 6E 67 3E 6B 5F 5F 42 61 63 6B 69 6E 67 46 69 65 6C 64，MemberName再次是字符串的长度，长度为27个字节，结果如下：1B。

第二个成员的名字： ClassWithMembersAndTypesRecord_MemberNameTwo

<SomeString>k__BackingField代表第二个1A 3C 53 6F 6D 65 56 61 6C 75 65 3E 6B 5F 5F 42 61 63 6B 69 6E 67 46 69 65 6C 64，MemberName指定字符串长度为26个字节。结果如下：1A。



的 MemberTypeInfo：

<SomeValue>k__BackingField ClassInfo之后。

第MemberTypeInfo节声明该结构包含：

  • BinaryTypeEnums（长度可变）
  

一系列BinaryTypeEnumeration值，表示正在传输的成员类型。数组必须：

     
      

  • 与ClassInfo结构的MemberNames字段具有相同数量的项目。

    •   

  • 按顺序排列，使BinaryTypeEnumeration对应ClassInfo结构的MemberNames字段中的成员名称。

    •   
  • AdditionalInfos（长度可变），取决于2.3.1.2 - MemberTypeInfo其他信息可能存在也可能不存在。
  

BinaryTpeEnum
  | BinaryTypeEnum | AdditionalInfos |
  |----------------+--------------------------|
  | Primitive | PrimitiveTypeEnumeration |

因此考虑到这一点，我们几乎就在那里...... 我们预计会有2 | String | None |个值（因为BinaryTypeEnumeration中有2个成员）。



再次，回到完整MemberNames记录的原始数据：

ClassWithMembersAndTypesRecord_MemberTypeInfo

MemberTypeInfo代表第一个成员的01，根据BinaryTypeEnumeration我们可以预期2.1.2.2 BinaryTypeEnumeration，并使用String表示。

LengthPrefixedString代表第二个成员的00，同样，根据规范，它是BinaryTypeEnumeration。如上所述，Primitive之后是其他信息，在本例中为Primitive。这就是为什么我们需要读取PrimitiveTypeEnumeration的下一个字节，使其与08中所述的表格相匹配，并惊讶地发现我们可以期待2.1.2.3 PrimitiveTypeEnumeration由4个字节表示，如关于基本数据类型的其他文档中所述。



的库Id：

Int32跟随MemerTypeInfo之后，它由4个字节表示：

ClassWithMembersAndTypesRecord_LibraryId

LibraryId代表02 00 00 00，即2。



值：

如LibraryId中所述：

  

类的成员的值必须序列化为遵循此记录的记录，如2.7节所述。记录的顺序必须与ClassInfo（第2.3.1.1节）结构中指定的MemberNames的顺序相匹配。

这就是为什么我们现在可以期待成员的价值观。

让我们看看最后几个字节：

BinaryObjectStringRecord_RecordTypeEnumeration

2.3 Class Records标识06。它代表我们BinaryObjectString属性的值（确切地说SomeString。）

根据<SomeString>k__BackingField，它包含：

  • RecordTypeEnum（1个字节）
  • ObjectId（4个字节）
  • 值（可变长度，表示为2.5.7 BinaryObjectString）



所以知道这一点，我们可以清楚地确定

BinaryObjectStringRecord_RecordTypeEnumeration_ObjectId_MemberOneValue

LengthPrefixedString代表03 00 00 00。

ObjectId代表03 61 62 63，其中Value是字符串本身的长度，03是转换为61 62 63的内容字节。

希望你能记得有第二个成员abc。知道使用4个字节表示Int32，我们可以得出结论，

BinaryObjectStringRecord_RecordTypeEnumeration_ObjectId_MemberOneValue_MemberTwoValue

必须是我们第二个成员的Int32。 Value十六进制等于7B十进制，似乎符合我们的示例代码。

所以这是完整的123记录： ClassWithMembersAndTypesRecord_Complete



的 MessageEnd：

MessageEnd_RecordTypeEnumeration

最后，最后一个字节ClassWithMembersAndTypes代表0B记录。

答案 3 :(得分：1)

.NET序列化会引入除double的实际8个字节之外的一堆信息（类型信息等）。您可以使用文件Stream，然后编写由byte[] BitConverter.GetBytes(double)或BinaryWriter类获取的字节。

.NET序列化有很多替代方法：

  • 文字格式
    • XML
    • JS​​ON
  • 二进制格式
    • Google协议缓冲区
    • MessagePack

这些都有其优点和缺点。我特别喜欢MessagePack并鼓励你去看看它。例如，它将使用9个字节来存储自描述double。

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