Java：浅克隆(shallow clone)与深克隆(deep clone)

Summary

浅克隆与深克隆对于JavaSE来说，是个难度系数比较低的概念，但不应该轻视它。

假设一个场景：对于某个list，代码里并没有任何对其的直接操作，但里面的元素的属性却被改变了，这可能就涉及到这个概念。

Description

浅克隆指仅copy对象位于栈内存中的引用(reference)。copy后，新旧两个引用指向同一个堆内存对象(即同一内存区域)，但是堆内存中实际的对象copy前后均只有一个。使用"==" operator比较二者的地址会返回true。(不同引用，同一对象)

深克隆指则会copy一个新的对象并返回相应引用，即开辟了新的堆内存空间，因此使用“==” operator来比较两者的地址时会返回false。(不同引用，不同对象)

浅克隆(shallow clone)

1. clone对象是实例对象时，使用“=”操作符进行浅克隆。
2. clone对象是对象数组的元素时，使用 System.arraycoppy() 进行浅克隆。(你非得要用"=" foreach地clone也没人拦着)

jdk中显式定义的clone操作基本上都使用：

 System.arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length)

例如ArrayList中的clone()、Arrays.copyOf()等对具体数组的clone其实底层都是调用该方法。

 package com.scv.test.clone;

 public class ShallowCloneTest {

     public static void main(String[] args) throws Exception {
         Zerg z0 = new Zerg();
         Zerg z1 = z0;
         System.out.println("0. " + (z0 == z1));//"="操作符用于对象的浅克隆

         Zerg[] array0 = new Zerg[]{new Zerg(), new Zerg()};
         Zerg[] array1 = new Zerg[array0.length];
         System.arraycopy(array0, 0, array1, 0, array0.length);//System.arraycopy()用于数组的浅克隆
         System.out.println("1. " + (array0 == array1));
         for(int i = 0; i < array0.length; i++){
             System.out.println("Comparing element of array:" + (array0[i] == array1[i]));
         }
     }

 }

 class Zerg{

 }

 /* Output:
 0. true
 1. false
 Comparing element of array:true
 Comparing element of array:true
 */

验证Shallow Clone

深克隆(deep clone)

jdk中并没有显式定义深克隆，或者说并没有直接提供工具类来进行。要让你的自定义类支持深克隆，必须具备两个条件：

1. implements Cloneable interface.
2. override clone() defined in java.lang.Object.

如果不实现Cloneable而直接override Object的clone()，则会抛出CloneNotSupportedException。

 package com.scv.test.clone;

 public class DeepCloneTest {

     public static void main(String[] args) throws Exception {
         CloneableZerg z0 = new CloneableZerg();
         CloneableZerg z1 = z0.clone();

         System.out.println("0. " + (z0 == z1));
     }

 }

 class CloneableZerg implements Cloneable{

     @Override
     public CloneableZerg clone() throws CloneNotSupportedException{
         return (CloneableZerg)super.clone();
     }
 }

 /* Output:
 0. false
 */

验证Deep Clone

实际上，你可以自定义哪些成员变量(field)允许clone，哪些不允许(有点transient的感觉？)。

jdk中的实现：ArrayList中的浅克隆与深克隆

 package com.scv.test.clone;

 import java.util.ArrayList;

 public class ArrayListCloneTest {

     public static void main(String[] args) throws Exception {
         CloneTarget t = new CloneTarget();

         ArrayList<CloneTarget> list0 = new ArrayList<CloneTarget>(1);
         list0.add(t);
         ArrayList<CloneTarget> list1 = (ArrayList<CloneTarget>) list0.clone();
         list0.get(0).setFieldA(20);

         System.out.println("0. " + (list0 == list1));
         System.out.println("1. " + (list0.get(0) == list1.get(0)));
         System.out.println("2. " + list1.get(0).getFieldA());
     }

 }

 class CloneTarget implements Cloneable{

     private int fieldA = 10;

     @Override
     public CloneTarget clone() throws CloneNotSupportedException{
         return (CloneTarget)super.clone();
     }

     public void setFieldA(int a){
         fieldA = a;
     }

     public int getFieldA(){
         return fieldA;
     }
 }

 /*
  * Output:
  * 0. false
  * 1. true
  * 2. 20
 */

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操作说明：

1. 创建一个ArrayList对象list0
2. list0中加入一个对象t
3. 克隆list0对象为list1
4. 再修改list0中元素(即t)的属性

结果说明：

1. ArrayList实现了Cloneable接口，arraylist.clone()为深克隆，故list0与list1分别指向不同内存区域。
2. ArrayList对象的clone()对于内部数组的元素仅为浅克隆，故list0中的元素(t)与list1中的元素为同一个，对list0元素的修改将影响到list1的元素。