シリアライズ (シリアライズ) とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

シリアライズ (シリアライズ) の読み方

日本語表記

シリアライズ (シリアライズ)

英語表記

serialize (シリアライズ)

シリアライズ (シリアライズ) の意味や用語解説

シリアライズとは、プログラムがメモリ上で扱っている複雑なデータ構造やオブジェクトを、ファイルへの保存やネットワーク経由での転送に適した形式、多くの場合、連続したバイト列や構造化されたテキストデータに変換する処理を指す。この変換を行うことで、プログラムの実行が終了してもデータを永続的に保持したり、異なるプログラム間や異なるコンピュータ間でデータをやり取りしたりすることが可能となる。シリアライズの逆の処理、すなわちシリアライズされたデータから元のデータ構造やオブジェクトを復元する処理はデシリアライズと呼ばれる。これらは一対の概念として、現代のソフトウェア開発において不可欠な技術基盤となっている。 なぜシリアライズが必要とされるのか。プログラムが実行中にメモリ上で生成・操作するオブジェクトは、その内部に他のオブジェクトへの参照（ポインタ）を含んでいたり、複数のメモリ領域に分散して存在していたりすることが多い。このようなメモリ上の複雑な状態を、そのままファイルに書き込んだり、ネットワークを通じて別のコンピュータに送信したりすることはできない。ファイルシステムやネットワークプロトコルは、基本的に連続したバイト列としてデータを扱うため、メモリ上のオブジェクト構造を直接表現する手段を持たないからである。シリアライズは、このメモリ上の複雑なデータ構造を、外部で統一的に扱える標準的な形式（バイト列やテキスト）に「平坦化」する役割を担う。これにより、プログラムが停止してもデータを永続化し、後で同じプログラムや別のプログラムがそのデータを読み込んで再利用できるようになる。具体的には、データベースへのオブジェクトの保存、設定ファイルの読み書き、Web APIを通じたクライアントとサーバー間のデータ交換、分散システムにおけるプロセス間通信など、多岐にわたる場面で利用されている。異なるプログラミング言語で開発されたシステム間でデータを交換する際にも、シリアライズによって共通のデータ形式を用いることで、相互運用性が確保される。 シリアライズの具体的な形式にはいくつかの種類がある。代表的なものに、人間が読み書きしやすいテキストベースの形式としてJSON (JavaScript Object Notation) やXML (eXtensible Markup Language) がある。JSONは軽量で、JavaScriptとの親和性が高く、Web APIを通じたデータの送受信で現代において最も広く利用されている。データはキーと値のペアや配列で構成され、階層的な構造を持つ。XMLもタグを用いてデータを構造化する形式で、設定ファイルや過去のWebサービスで利用されることが多かった。これらのテキストベースの形式は、可読性が高くデバッグがしやすいという利点がある一方で、バイナリ形式に比べてデータサイズが大きくなりがちであり、パース（解析）処理に時間がかかる場合がある。一方、バイナリ形式のシリアライズも多く存在する。これらは人間が直接読むことは難しいが、データサイズが非常に小さく、シリアライズ・デシリアライズの処理速度が速いという利点がある。例としては、Googleが開発したProtocol Buffers (Protobuf) や、MessagePack、Apache Avro、あるいは各プログラミング言語に固有のシリアライズ機構（Javaの`java.io.Serializable`インターフェースやPythonの`pickle`モジュールなど）が挙げられる。これらのバイナリ形式は、特にパフォーマンスが重視されるシステムや、大量のデータを効率的に扱う場面で選択されることが多い。 シリアライズのプロセスでは、対象となるオブジェクトやデータ構造の現在の「状態」が詳細に抽出される。オブジェクトの状態とは、そのオブジェクトが持つメンバ変数（フィールド）の値、それが参照している他のオブジェクトの識別子や状態、配列やコレクション内の要素など、メモリ上でそのオブジェクトを一意に特定し、復元するために必要なすべての情報を指す。シリアライズ機構は、これらの情報を解析し、それを連続したバイト列や、スキーマ定義に従った構造化されたテキストデータへと変換する。この際、オブジェクト間の参照関係も適切に処理され、デシリアライズ時に元の参照構造が再現できるように考慮される。例えば、循環参照がある場合でも無限ループに陥らないように処理したり、同じオブジェクトが複数回参照されている場合に重複してシリアライズしないように識別子で管理したりするなどの工夫がなされる。最終的に生成されるデータは、元のオブジェクトの構造と値を完全に再現できるだけの情報がすべて含まれる形式となる。 デシリアライズは、シリアライズによって生成されたバイト列やテキストデータを読み込み、それをメモリ上の元のオブジェクトやデータ構造に正確に復元する処理である。このプロセスでは、シリアライズされたデータの形式（JSON, XML, Protobufなど）を認識し、その内部構造と値を解析する。解析された情報に基づいて、プログラミング言語のランタイムが新しいオブジェクトを生成し、そのフィールドに適切な値を割り当てたり、他のオブジェクトへの参照を再構築したりする。デシリアライズが正しく行われることで、データは永続化されたりネットワーク経由で転送されたりした後でも、プログラムによって元の形で利用できるようになる。これにより、データの永続性、互換性、相互運用性が実現され、現代の多様なシステム連携が可能となる。 シリアライズを利用する際にはいくつかの重要な注意点が存在する。第一に「バージョン管理」の問題である。シリアライズの対象となるクラスやデータ構造の定義（フィールドの追加、削除、型の変更など）が変更された場合、古いバージョンでシリアライズされたデータを新しいバージョンのクラスでデシリアライズしようとすると、互換性の問題が生じ、エラーが発生したり、予期せぬデータが生成されたりすることがある。これを解決するためには、データの互換性を考慮した設計（例えば、フィールドのデフォルト値設定、バージョン識別子の導入、スキーマ進化を許容する形式の採用など）が不可欠となる。第二に「セキュリティ」に関する考慮事項がある。信頼できないソースから提供されたデータをデシリアライズすることは、深刻なセキュリティ脆弱性（デシリアライズ脆弱性）につながる可能性がある。悪意のある形式でシリアライズされたデータが、デシリアライズ処理中にプログラムに任意のコードを実行させたり、システムリソースを枯渇させたりする可能性を秘めているためである。特に外部からの入力に対しては、厳格なデータ検証と、信頼性の低いシリアライズ形式の使用を避けるなどの適切な対策が強く求められる。第三に「パフォーマンス」も重要な要素である。特に大量のデータを頻繁にシリアライズ・デシリアライズするシステムでは、その処理速度や生成されるデータのサイズがシステム全体の性能に大きな影響を与えることがある。そのため、可読性、データサイズ、処理速度のバランスを考慮し、用途に応じて最適なシリアライズ形式（テキスト形式かバイナリ形式か、特定のライブラリかなど）を選択することが非常に重要となる。これらの注意点を理解し、適切に対処することで、シリアライズを安全かつ効果的に利用できるようになる。