C#序列化技术：BinaryFormatter、System.Text.Json、Protocol Buffers

在 C# 开发中，序列化是对象与数据之间桥梁式的存在，广泛应用于数据存储、网络传输、远程通信等场景。
序列化：将数据结构或对象状态转换为可存储或可传输的格式的过程。这个过程将内存中的对象转换为字节序列，可以写入文件、数据库或通过网络传输。
反序列化：序列化的逆过程，将序列化的数据重新构建为内存中的对象，恢复其原始状态和结构。
1. BinaryFormatter —— 经典但已被淘汰的序列化工具

✅ 简介

BinaryFormatter 是 .NET Framework 中最早期的序列化工具之一，能将对象直接转为二进制流，适合本地持久化、进程间通信等用途。

1. [Serializable]
2. public class Person
3. {
4.     public string Name { get; set; }
5.     public int Age { get; set; }
6. }
8. // 序列化
9. using (var stream = new FileStream("person.bin", FileMode.Create))
10. {
11.     var formatter = new BinaryFormatter();
12.     formatter.Serialize(stream, new Person { Name = "Alice", Age = 30 });
13. }
15. // 反序列化
16. using (var stream = new FileStream("person.bin", FileMode.Open))
17. {
18.     var formatter = new BinaryFormatter();
19.     var person = (Person)formatter.Deserialize(stream);
20. }

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❌ 存在的问题

• 存储数据包含完整类型信息，存在反序列化攻击风险
  
• 序列化后的数据与平台强绑定，不具备跨语言能力（比如反序列化时，程序集名称必须和系列化时一致）
  
• Microsoft 在 .NET 5+ 明确弃用它，且在.NET 7中完全禁用默认使用
  

2. System.Text.Json —— 现代 .NET 推荐方案

✅ 简介

System.Text.Json 是 .NET Core 3.0 起官方推出的高性能 JSON 序列化库，替代了之前广泛使用的 Newtonsoft.Json，性能更好、原生支持 Span 与 UTF-8。

1. public class Person
2. {
3.     public string Name { get; set; }
4.     public int Age { get; set; }
5. }
7. // 序列化
8. string json = JsonSerializer.Serialize(new Person { Name = "Bob", Age = 25 });
10. // 反序列化
11. Person person = JsonSerializer.Deserialize<Person>(json);

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✅ 特点

• 人类可读的 JSON 格式，调试友好
  
• 无需标记属性，默认即可工作
  
• 性能优于 Newtonsoft.Json
  
• 支持 ASP.NET Core 原生绑定
  

✅ 适合场景

• Web API 请求/响应体序列化
  
• 日志记录、配置文件
  
• 跨平台、语言间 JSON 通信
  

3. Protocol Buffers（Protobuf）—— 高性能二进制序列化

✅ 简介

Protobuf 是 Google 开发的跨平台、高性能、紧凑型二进制序列化协议，适用于对性能敏感、带宽有限的场景。它需要定义 .proto 文件，然后用工具生成 C# 类。
示例 .proto 文件：

1. syntax = "proto3";
3. message Person {
4.   string name = 1;
5.   int32 age = 2;
6. }

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生成并使用 C# 代码：

1. using var stream = File.Create("person.pb");
2. Person person = new Person { Name = "Charlie", Age = 28 };
3. person.WriteTo(stream);
5. // 反序列化
6. using var input = File.OpenRead("person.pb");
7. Person parsed = Person.Parser.ParseFrom(input);

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✅ 特点

• 二进制编码，占用空间小，速度极快
  
• 强类型，严格结构控制
  
• 向后/向前兼容性好（字段编号）
  
• 跨语言支持广泛（Java、Python、C++、Go 等）
  

✅ 适合场景

• 微服务通信（如 gRPC）
  
• 嵌入式设备、移动端
  
• 高吞吐、高并发应用
  

4. 总结

大小和速度对比测试

（1）windows安装 Protocol Buffers 编译器 (protoc)

• 前往官网下载编译器 zip 包
  

• 解压后，把 bin 文件夹路径加入到环境变量中
  

（2）用 protoc 生成 C# 文件：

1. protoc --csharp_out=. Person.proto

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（3）代码

1. using System.Diagnostics;
2. using System.Text.Json;
3. using Google.Protobuf;
5. public class Person
6. {
7.     public string Name { get; set; }
8.     public int Age { get; set; }
9. }
11. class Program
12. {
13.     const int Iterations = 10000;
15.     static void Main()
16.     {
17.         var person = new Person { Name = "Alice", Age = 30 };
18.         var personProto = new PersonMessage { Name = "Alice", Age = 30 };
20.         Console.WriteLine("Running serialization benchmarks...\n");
22.         Benchmark("System.Text.Json", () =>
23.         {
24.             return JsonSerializer.SerializeToUtf8Bytes(person);
25.         }, bytes => {
26.             JsonSerializer.Deserialize<Person>(bytes);
27.         });
29.         Benchmark("Protocol Buffers", () =>
30.         {
31.             using var ms = new MemoryStream();
32.             personProto.WriteTo(ms);
33.             return ms.ToArray();
34.         }, bytes => {
35.             PersonMessage.Parser.ParseFrom(bytes);
36.         });
37.     }
39.     static void Benchmark(string name, Func<byte[]> serialize, Action<byte[]> deserialize)
40.     {
41.         GC.Collect();
42.         GC.WaitForPendingFinalizers();
43.         GC.Collect();
45.         byte[] result = null;
46.         Stopwatch sw = new Stopwatch();
48.         // Serialize
49.         sw.Start();
50.         for (int i = 0; i < Iterations; i++)
51.         {
52.             result = serialize();
53.         }
54.         sw.Stop();
55.         long serializeTime = sw.ElapsedMilliseconds;
57.         // Deserialize
58.         sw.Restart();
59.         for (int i = 0; i < Iterations; i++)
60.         {
61.             deserialize(result);
62.         }
63.         sw.Stop();
64.         long deserializeTime = sw.ElapsedMilliseconds;
66.         double avgSerialize = serializeTime * 1000.0 / Iterations;     // 微秒
67.         double avgDeserialize = deserializeTime * 1000.0 / Iterations; // 微秒
69.         Console.WriteLine($"[{name}]");
70.         Console.WriteLine($"  Serialized Size: {result.Length} bytes");
71.         Console.WriteLine($"  Avg Serialize Time:   {avgSerialize:F2} µs");
72.         Console.WriteLine($"  Avg Deserialize Time:   {avgDeserialize:F2} µs\n");
73.     }
75. }

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View Code

1. Running serialization benchmarks...
3. [System.Text.Json]
4.   Serialized Size: 25 bytes
5.   Avg Serialize Time:   5.50 μs
6.   Avg Deserialize Time:   0.80 μs
8. [Protocol Buffers]
9.   Serialized Size: 9 bytes
10.   Avg Serialize Time:   0.70 μs
11.   Avg Deserialize Time:   0.30 μs

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 总结

特性BinaryFormatterSystem.Text.JsonProtocol Buffers数据格式二进制（含类型信息）JSON 文本紧凑型二进制格式性能中中-高高安全性❌ 存在严重安全风险✅ 安全✅ 安全可读性❌✅ 人类可读❌跨平台/跨语言支持❌⚠ 有限（需字段兼容）✅ 强推荐使用❌ 不推荐✅ 推荐✅ 推荐

如何选择？

需求场景推荐序列化技术高性能通信、跨语言✅ ProtobufWeb 服务、API 接口✅ System.Text.Json本地临时存储（可读性优先）✅ System.Text.Json旧项目中偶尔仍需使用⚠ BinaryFormatter（需谨慎） 

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