Java对象的深克隆与浅克隆（对象复制）

2024-08-07 07:45:42 浏览数 (2)

1 复制一个简单变量

代码语言：java复制
int apples = 5;
int pears = apples;

基本数据类型都适用。但若复制的是对象，就复杂了。先看代码：

代码语言：java复制
@Data
class Student {  
   private int number;       
}

public class Test {  
     
   public static void main(String args[]) {  
       Student stu1 = new Student();  
       stu1.setNumber(12345);  
       Student stu2 = stu1;  
         
       System.out.println("学生1:"   stu1.getNumber());  
       System.out.println("学生2:"   stu2.getNumber());  
   }  
}

结果：

代码语言：java复制
学生1:12345  
学生2:12345

对象复制不过如此，真就这么简单？

改变stu2实例的number字段：

代码语言：java复制
stu2.setNumber(54321);  
System.out.println("学生1:"   stu1.getNumber());  
System.out.println("学生2:"   stu2.getNumber());
代码语言：java复制
学生1:54321  
学生2:54321

改变学生2的学号，学生1的学号咋也跟着变化？因为

代码语言：java复制
stu2 = stu1

该语句将stu1的引用赋值给stu2，这样，stu1和stu2指向内存堆中同一对象。

2 咋正确复制一个对象？

Object有11个方法，两个protected方法，其中一个为clone：

代码语言：java复制
@IntrinsicCandidate
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

第一次声明，保证克隆对象将有单独的内存地址分配。

第二次声明表明，原始和克隆的对象应该具有相同的类类型，但它不是强制性的。

第三声明表明，原始和克隆的对象应该是平等的equals()方法使用，但它不是强制性的。

因为每个类父类都是Object，因此都有clone()，但该方法是protected，所以不能在类外访问。想对一个对象进行复制，需重写clone()。

3 为啥克隆？

直接new一个新的不行？克隆对象可能包含一些已修改过的属性，而new出对象的属性都还是初始值，所以当需要一个新对象保存当前对象的“状态”就靠clone。

那我把这对象的临时属性一个个赋值给我新new对象不也行嘛，但：

  • 麻烦
  • 而clone是native方法，快

常见的：

代码语言：java复制
Object a = new Object();
Object b;
b = a;

这种形式的代码复制的是引用，即对象在内存中的地址。

而通过clone方法赋值的对象跟原来的对象同时独立存在。

4 咋实现克隆？

浅、深克隆主要区别在于是否支持引用类型的成员变量的复制。

4.1 浅克隆

  1. 被复制类需实现Clonenable接口（不实现的话，调用clone方法会抛CloneNotSupportedException)， 该接口为标记接口（不含任何方法）
  2. 重写clone()，访问修饰符设为public。方法中调用super.clone()方法得到需要的复制对象

对上面那个方法进行改造：

代码语言：java复制
@Data
class Student implements Cloneable {
  
   private int number;  
     
   @Override  
   public Object clone() {  
       Student stu = null;  
       try {  
           stu = (Student)super.clone();  
       } catch(CloneNotSupportedException e) {  
           e.printStackTrace();  
       }  
       return stu;  
   }  
}

public class Test {  
   public static void main(String args[]) {  
       Student stu1 = new Student();  
       stu1.setNumber(12345);  
       Student stu2 = (Student)stu1.clone();  
         
       System.out.println("学生1:"   stu1.getNumber());  
       System.out.println("学生2:"   stu2.getNumber());  
         
       stu2.setNumber(54321);  
     
       System.out.println("学生1:"   stu1.getNumber());  
       System.out.println("学生2:"   stu2.getNumber());  
   }  
}

结果：

代码语言：java复制
学生1:12345  
学生2:12345  
学生1:12345  
学生2:54321

如不相信这两个对象不是同一对象，看这句：

代码语言：java复制
System.out.println(stu1 == stu2); // false

4.2 深克隆

加个Address类：

代码语言：java复制
@Data
class Address  {  
   private String add;  
}  

@Data 
class Student implements Cloneable {  
   private int number;  
 
   private Address addr;  
     
   @Override  
   public Object clone() {  
       Student stu = null;  
       try{  
           stu = (Student)super.clone();  
       }catch(CloneNotSupportedException e) {  
           e.printStackTrace();  
       }  
       return stu;  
   }  
}

public class Test {  
     
   public static void main(String args[]) {  
         
       Address addr = new Address();  
       addr.setAdd("杭州市");  
       Student stu1 = new Student();  
       stu1.setNumber(123);  
       stu1.setAddr(addr);  
         
       Student stu2 = (Student)stu1.clone();  
         
       System.out.println("学生1:"   stu1.getNumber()   ",地址:"   stu1.getAddr().getAdd());  
       System.out.println("学生2:"   stu2.getNumber()   ",地址:"   stu2.getAddr().getAdd());  
   }  
}

结果：

代码语言：java复制
学生1:123,地址:杭州市  
学生2:123,地址:杭州市

main中改变addr实例的地址：

代码语言：java复制
addr.setAdd("西湖区");  
System.out.println("学生1:"   stu1.getNumber()   ",地址:"   stu1.getAddr().getAdd());  
System.out.println("学生2:"   stu2.getNumber()   ",地址:"   stu2.getAddr().getAdd());
结果：
学生1:123,地址:杭州市  
学生2:123,地址:杭州市  
学生1:123,地址:西湖区  
学生2:123,地址:西湖区

咋两个学生的地址都变了？

浅克隆只是复制addr变量的引用，并未真正开辟另一块空间，将值复制后再将引用返回给新对象。

想达到真复制对象，不是纯粹引用复制。要将Address类可复制化，且修改clone方法：

代码语言：java复制
@Data
class Address implements Cloneable {  
   private String add;  

   @Override  
   public Object clone() {  
       Address addr = null;  
       try{  
           addr = (Address)super.clone();  
       }catch(CloneNotSupportedException e) {  
           e.printStackTrace();  
       }  
       return addr;  
   }  
}  
 
@Data
class Student implements Cloneable{  
   private int number;  
 
   private Address addr;  

   @Override  
   public Object clone() {  
       Student stu = null;  
       try{  
           stu = (Student)super.clone(); // 浅复制  
       }catch(CloneNotSupportedException e) {  
           e.printStackTrace();  
       }  
       stu.addr = (Address)addr.clone(); // 深复制  
       return stu;  
   }  
}

public class Test {  
     
   public static void main(String args[]) {  
         
       Address addr = new Address();  
       addr.setAdd("杭州市");  
       Student stu1 = new Student();  
       stu1.setNumber(123);  
       stu1.setAddr(addr);  
         
       Student stu2 = (Student)stu1.clone();  
         
       System.out.println("学生1:"   stu1.getNumber()   ",地址:"   stu1.getAddr().getAdd());  
       System.out.println("学生2:"   stu2.getNumber()   ",地址:"   stu2.getAddr().getAdd());  
         
       addr.setAdd("西湖区");  
         
       System.out.println("学生1:"   stu1.getNumber()   ",地址:"   stu1.getAddr().getAdd());  
       System.out.println("学生2:"   stu2.getNumber()   ",地址:"   stu2.getAddr().getAdd());  
   }  
}

结果：

代码语言：bash复制
学生1:123,地址:杭州市  
学生2:123,地址:杭州市  
学生1:123,地址:西湖区  
学生2:123,地址:杭州市

最后看API里其中一个实现了clone方法的类：

该类其实也属于深克隆。

浅克隆

  • 如果原型对象的成员变量是值类型，将复制一份给克隆对象
  • 如果原型对象的成员变量是引用类型，则将引用对象的地址复制一份给克隆对象，

即原型对象和克隆对象的成员变量指向相同的内存地址。

当对象被复制时只复制它本身和其中包含的值类型的成员变量，而引用类型的成员对象并没有复制。

在Java语言中，通过覆盖Object类的clone()方法可以实现浅克隆。

深克隆

深克隆中，无论原型对象的成员变量是值类型还是引用类型，都将复制一份给克隆对象，深克隆将原型对象的所有引用对象也复制一份给克隆对象。

除了对象本身被复制外，对象所包含的所有成员变量也将复制。

在Java语言中，如果需要实现深克隆，可以通过覆盖Object类的clone()方法实现，也可以通过序列化(Serialization)等方式来实现（如果引用类型里面还包含很多引用类型，或者内层引用类型的类里面又包含引用类型，使用clone方法就会很麻烦。这时我们可以用序列化的方式来实现对象的深克隆。）

序列化就是将对象写到流的过程，写到流中的对象是原有对象的一个拷贝，而原对象仍然存在于内存中。通过序列化实现的拷贝不仅可以复制对象本身，而且可以复制其引用的成员对象，因此通过序列化将对象写到一个流中，再从流里将其读出来，可以实现深克隆。需要注意的是能够实现序列化的对象其类必须实现Serializable接口，否则无法实现序列化操作。

5 解决多层克隆问题

如果引用类型里面还包含很多引用类型，或者内层引用类型的类里面又包含引用类型，使用clone方法就会很麻烦。这时我们可以用序列化的方式来实现对象的深克隆。

代码语言：java复制
public class Outer implements Serializable{
 private static final long serialVersionUID = 369285298572941L;  //最好是显式声明ID
 public Inner inner;
　//Discription:[深度复制方法,需要对象及对象所有的对象属性都实现序列化]　
 public Outer myclone() {
     Outer outer = null;
     try { // 将该对象序列化成流,因为写在流里的是对象的一个拷贝，而原对象仍然存在于JVM里面。所以利用这个特性可以实现对象的深拷贝
         ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
         ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(baos);
         oos.writeObject(this);
　　　　　　// 将流序列化成对象
         ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray());
         ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bais);
         outer = (Outer) ois.readObject();
     } catch (IOException e) {
         e.printStackTrace();
     } catch (ClassNotFoundException e) {
         e.printStackTrace();
     }
     return outer;
 }
}

Inner也必须实现Serializable，否则无法序列化：

代码语言：java复制
public class Inner implements Serializable{
 private static final long serialVersionUID = 872390113109L; //最好是显式声明ID
 public String name = "";
 
 public Inner(String name) {
     this.name = name;
 }
 
 @Override
 public String toString() {
     return "Inner的name值为："   name;
 }
}

这样也能使两个对象在内存空间内完全独立存在，互不影响对方的值。

6 总结

实现对象克隆的两种方式：

  1. 实现Cloneable接口并重写Object#clone()
  2. 实现Serializable接口，通过对象的序列化和反序列化实现克隆，可实现真正的深克隆 基于序列化和反序列化实现的克隆不仅仅是深度克隆，更重要的是通过泛型限定，可以检查出要克隆的对象是否支持序列化，这项检查是编译器完成的，不是在运行时抛出异常，这种是方案明显优于使用Object类的clone方法克隆对象。让问题在编译的时候暴露出来总是优于把问题留到运行时。

参考：

  • https://www.cnblogs.com/Qian123/p/5710533.html
腾讯技术创作特训营S8 文件存储 编程算法

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