Java的浅拷贝与深拷贝

Java中,所有的类都继承Object,Object中有clone方法,它被声明为了 protected ,所以我们但是如果要使用该方法就得重写且声明为public必须在要被Clone的类实现(implements)Cloneable接口,否则会报java.lang.CloneNotSupportedException异常,Cloneable接口是在java.lang中自动被导入的,而无论是浅拷贝还是深拷贝,都需要实现 clone() 方法。

如果不重写clone()方法,则在调用clone()方法实现的是浅复制(所有的引用对象保持不变,意思是如果原型里这些对象发生改变会直接影响到复制对象)。重写clone()方法,一般会先调用super.clone()进行浅复制,然后再复制那些易变对象,从而达到深复制的效果。

浅拷贝

一般的话,clone是自动进行浅拷贝,我们来看一下代码:

public class Resume implements Cloneable {

    private String name;
private String sex;
private String age;
private String timeArea;
private String company; public Resume(String name) {
this.name = name;
} //设置个人信息
public void setPersonInfo(String age, String sex) {
this.age = age;
this.sex = sex;
} //设置工作经历
public void setWorkExperience(String timeArea, String company) {
this.timeArea = timeArea;
this.company = company;
} //显示
public void display() {
System.out.println(name + " " + sex + " " + age);
System.out.println("工作经历:" + timeArea + " " + company);
} @Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
} public static void main(String args[]) throws CloneNotSupportedException {
Resume r = new Resume("大鸟");
r.setPersonInfo("28", "男");
r.setWorkExperience("1998-2000", "XX公司");
Resume r2 = (Resume)r.clone();
r2.setWorkExperience("2000-2003", "YY企业");
Resume r3 = (Resume)r.clone();
r3.setWorkExperience("2003-2020", "ZZ公司");
r.display();
r2.display();
r3.display();
}
}

结果是:

大鸟 男 28
工作经历:1998-2000 XX公司
大鸟 男 28
工作经历:2000-2003 YY企业
大鸟 男 28
工作经历:2003-2020 ZZ公司

将WorkExperience封装为一个类,看看有什么不同:

public class Resume implements Cloneable {

    private String name;
private String sex;
private String age;
private WorkExperience we = null; public Resume(String name) {
this.name = name;
we = new WorkExperience();
} //设置个人信息
public void setPersonInfo(String age, String sex) {
this.age = age;
this.sex = sex;
} public void setWorkExperience(String timeArea, String company) {
we.setTimeArea(timeArea);
we.setCompany(company);
} //显示
public void display() {
System.out.println(name + " " + sex + " " + age);
System.out.println("工作经历:" + we.getTimeArea() + " " + we.getCompany());
} @Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
} public static void main(String args[]) throws CloneNotSupportedException {
Resume r = new Resume("大鸟");
r.setPersonInfo("28", "男");
r.setWorkExperience("1998-2000", "XX公司");
Resume r2 = (Resume)r.clone();
r2.setPersonInfo("31", "男");
r2.setWorkExperience("2000-2003", "YY企业");
Resume r3 = (Resume)r.clone();
r3.setWorkExperience("2003-2020", "ZZ公司");
r.display();
r2.display();
r3.display();
}
} class WorkExperience {
private String timeArea;
private String company; public String getTimeArea() {
return timeArea;
} public void setTimeArea(String timeArea) {
this.timeArea = timeArea;
} public String getCompany() {
return company;
} public void setCompany(String company) {
this.company = company;
}
}

这时结果的输出是:

大鸟 男 28
工作经历:2003-2020 ZZ公司
大鸟 男 31
工作经历:2003-2020 ZZ公司
大鸟 男 28
工作经历:2003-2020 ZZ公司

可以看出,这样子会导致如果被克隆的类中还存在其他的类的话,就只会将这个引用指向那个对象,实际上没有克隆

super.clone(),这个操作主要是来做一次bitwise copy( binary copy ),即浅拷贝,他会把原对象完整的拷贝过来包括其中的引用。这样会带来问题,如果里面的某个属性是个可变对象,那么原来的对象改变,克隆的对象也跟着改变。所以在调用完super.clone()后,一般还需要重新拷贝可变对象。

但是如果你没有重写clone方法,则无法克隆Error: java: clone() 在 java.lang.Object 中是 protected 访问控制


深拷贝:

那么,如何进行一个深拷贝呢?

比较常用的方案有两种:

  • 序列化(serialization)这个对象,再反序列化回来,就可以得到这个新的对象,无非就是序列化的规则需要我们自己来写。

  • 继续利用 clone() 方法,既然 clone() 方法,是我们来重写的,实际上我们可以对其内的引用类型的变量,再进行一次 clone()。

    继续改写上面的 Demo ,让 ChildClass 也实现 Cloneable 接口。

    需要将代码改为如下即可:

    public class Resume implements Cloneable {
    
        @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    Resume r = (Resume)super.clone();
    r.we = (WorkExperience)this.we.clone();
    return r;
    }
    } class WorkExperience implements Cloneable { @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    return super.clone();
    }
    }

    重写两个方法的clone后,结果就可以进行深拷贝了:

    大鸟 男 28
    工作经历:1998-2000 XX公司
    大鸟 男 31
    工作经历:2000-2003 YY企业
    大鸟 男 28
    工作经历:2003-2020 ZZ公司

总结:

每层clone()都顺着 super.clone() 的链向上调用的话最终就会来到Object.clone() ,于是根据上述的特殊语义就可以有 x.clone.getClass() == x.getClass() 。

至于如何实现的,可以把JVM原生实现的Object.clone()的语义想象成拿到this引用后通过反射去找到该对象实例的所有字段,然后逐一字段拷贝。

HotSpot vm中,Object.clone()在不同的优化层级上有不同的实现。在其中最不优化的版本是这样做的:拿到this引用,通过对象头里记录的Class信息去找出这个对象有多大,然后直接分配一个新的同样大的空对象并且把Class信息塞进对象头(这样就已经实现了x.clone.getClass() == x.getClass()这部分语义),然后直接把对象体 的内容看作数组拷贝一样从源对象“盲”拷贝到目标对象,bitwise copy。

我的理解是super.clone() 的调用就是沿着继承树不断网上递归调用直到Object 的clone方法,而跟据JavaDoc所说Object.clone()根据当前对象的类型创建一个新的同类型的空对象,然后把当前对象的字段的值逐个拷贝到新对象上,然后返回给上一层clone() 调用。

也就是说super.clone() 的浅复制效果是通过Object.clone()实现的。

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