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Java对象的深克隆与浅克隆（对象复制）

JavaEdge

修改于 2024-08-06 23:45:42

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1 复制一个简单变量

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：

@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：

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：

stu2.setNumber(54321);  
System.out.println("学生1:" + stu1.getNumber());  
System.out.println("学生2:" + stu2.getNumber());

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

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：

@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：

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

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）
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：

@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：

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：

System.out.println(stu1 == stu2); // false

4.2 深克隆

加个Address类：

@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：

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：

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：

@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：

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。

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：

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：

实现Cloneable接口并重写Object#clone()
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：