Java 中的深拷贝和浅拷贝你了解吗？

前言

Java 开发中，对象拷贝是常有的事，很多人可能搞不清到底是拷贝了引用还是拷贝了对象。本文将详细介绍相关知识，让你充分理解 Java 拷贝。

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一、对象是如何存储的？

方法执行过程中，方法体中的数据类型主要分两种，它们的存储方式是不同的（如下图）：

1. 基本数据类型： 直接存储在栈帧的局部变量表中；
2. 引用数据类型： 对象的引用存储在栈帧的局部变量表中，而对实例本身及其所有成员变量存放在堆内存中。

详情可见JVM基础

二、前置准备

创建两个实体类方便后续的代码示例

@Data
@AllArgsConstructor
public class Animal{
    private int id;
    private String type;

    @Override
    public String toString () {
        return "Animal{" +
                "id=" + id +
                ", type='" + type + '\'' +
                '}';
    }
}

@Data
@AllArgsConstructor
public class Dog {
    private int age;
    private String name;
    private Animal animal;

    @Override
    public String toString () {
        return "Dog{" +
                "age=" + age +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", animal=" + animal +
                '}';
    }
}

三、直接赋值

直接赋值是我们最常用的方式，它只是拷贝了对象引用地址，并没有在内存中生成新的对象。

下面我们进行代码验证：

public class FuXing {
    public static void main (String[] args) {
        Animal animal = new Animal(1, "dog");
        Dog dog = new Dog(18, "husky", animal);
        Dog dog2 = dog;
        System.out.println("两个对象是否相等：" + (dog2 == dog));

        System.out.println("----------------------------");
        dog.setAge(3);
        System.out.println("变化后两个对象是否相等：" + (dog2 == dog));
    }
}

两个对象是否相等：true
----------------------------
变化后两个对象是否相等：true

通过运行结果可知，dog类的age已经发生变化，但重新打印两个类依然相等。所以它只是拷贝了对象引用地址，并没有在内存中生成新的对象。

直接赋值的 JVM 的内存结构大致如下：

四、浅拷贝

浅拷贝后会创建一个新的对象，且新对象的属性和原对象相同。但是，拷贝时针对原对象的属性的数据类型的不同，有两种不同的情况：

1. 属性的数据类型基本类型，拷贝的就是基本类型的值；
2. 属性的数据类型引用类型，拷贝的就是对象的引用地址，意思就是拷贝对象与原对象引用同一个对象。

要实现对象浅拷贝还是比较简单的，只需要被拷贝的类实现Cloneable接口，重写clone方法即可。下面我们对Dog进行改动：

@Data
@AllArgsConstructor
public class Dog implements Cloneable{
    private int age;
    private String name;
    private Animal animal;

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

    @Override
    public String toString () {
        return "Dog{" +
                "age=" + age +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", animal=" + animal +
                '}';
    }
}

接下来我们运行下面的代码，看一下运行结果：

public class FuXing {
    public static void main (String[] args) throws Exception {
        Animal animal = new Animal(1, "dog");
        Dog dog = new Dog(18, "husky", animal);

        // 克隆对象
        Dog cloneDog = dog.clone();

        System.out.println("dog：" + dog);
        System.out.println("cloneDog：" + cloneDog);
        System.out.println("两个对象是否相等：" + (cloneDog == dog));
        System.out.println("两个name是否相等：" + (cloneDog.getName() == dog.getName()));
        System.out.println("两个animal是否相等：" + (cloneDog.getAnimal() == dog.getAnimal()));

        System.out.println("----------------------------------------");

        // 更改原对象的属性值
        dog.setAge(3);
        dog.setName("corgi");
        dog.getAnimal().setId(2);

        System.out.println("dog：" + dog);
        System.out.println("cloneDog：" + cloneDog);
        System.out.println("两个对象是否相等：" + (cloneDog == dog));
        System.out.println("两个name是否相等：" + (cloneDog.getName() == dog.getName()));
        System.out.println("两个animal是否相等：" + (cloneDog.getAnimal() == dog.getAnimal()));
    }

dog：Dog{age=18, name='husky', animal=Animal{id=1, type='dog'}}
cloneDog：Dog{age=18, name='husky', animal=Animal{id=1, type='dog'}}
两个对象是否相等：false
两个name是否相等：true
两个animal是否相等：true
----------------------------------------
dog：Dog{age=3, name='corgi', animal=Animal{id=2, type='dog'}}
cloneDog：Dog{age=18, name='husky', animal=Animal{id=2, type='dog'}}
两个对象是否相等：false
两个name是否相等：false
两个animal是否相等：true

我们分析下运行结果，重点看一下 “两个name是否相等”，改动后变成 false.

这是因为String、Integer等包装类都是不可变的对象，当需要修改不可变对象的值时，需要在内存中生成一个新的对象来存放新的值，然后将原来的引用指向新的地址。

这里dog对象的name属性已经指向一个新的对象，而cloneDog的name属性仍然指向原来的对象，所以就不同了。

然后我们看下两个对象的animal属性，原对象属性值变动后，拷贝对象也跟着变动，这就是因为拷贝对象与原对象引用同一个对象。

浅拷贝的 JVM 的内存结构大致如下：

五、深拷贝

与浅拷贝不同之处，深拷贝在对引用数据类型进行拷贝的时候，创建了一个新的对象，并且拷贝其成员变量。也就是说，深拷贝出来的对象，与原对象没有任何关联，是一个新的对象。

实现深拷贝有两种方式

1. 让每个引用类型属性都重写clone()方法

注意： 这里如果引用类型的属性或者层数太多了，代码量会变很大，所以一般不建议使用

@Data
@AllArgsConstructor
public class Animal implements Cloneable{
    private int id;
    private String type;

    @Override
    protected Animal clone () throws CloneNotSupportedException {
        return (Animal) super.clone();
    }

    @Override
    public String toString () {
        return "Animal{" +
                "id=" + id +
                ", type='" + type + '\'' +
                '}';
    }
}

@Data
@AllArgsConstructor
public class Dog implements Cloneable{
    private int age;
    private String name;
    private Animal animal;

    @Override
    public Dog clone () throws CloneNotSupportedException {
        Dog clone = (Dog) super.clone();
        clone.animal = animal.clone();
        return clone;
    }

    @Override
    public String toString () {
        return "Dog{" +
                "age=" + age +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", animal=" + animal +
                '}';
    }
}

我们再次运行浅拷贝部分的main方法，结果如下。

dog：Dog{age=18, name='husky', animal=Animal{id=1, type='dog'}}
cloneDog：Dog{age=18, name='husky', animal=Animal{id=1, type='dog'}}
两个对象是否相等：false
两个name是否相等：true
两个animal是否相等：false # 变为false
----------------------------------------
dog：Dog{age=3, name='corgi', animal=Animal{id=2, type='dog'}}
cloneDog：Dog{age=18, name='husky', animal=Animal{id=1, type='dog'}}
两个对象是否相等：false
两个name是否相等：false
两个animal是否相等：false # 变为false

2.序列化

序列化是将对象写到流中便于传输，而反序列化则是把对象从流中读取出来。我们可以利用对象的序列化产生克隆对象，然后通过反序列化获取这个对象。

@Data
@AllArgsConstructor
public class Animal implements Serializable {
    private int id;
    private String type;

    @Override
    public String toString () {
        return "Animal{" +
                "id=" + id +
                ", type='" + type + '\'' +
                '}';
    }
}

@Data
@AllArgsConstructor
public class Dog implements Serializable {
    private int age;
    private String name;
    private Animal animal;

    @SneakyThrows
    @Override
    public Dog clone () {
        // 序列化
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
        oos.writeObject(this);

        //反序列化
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
        return (Dog) ois.readObject();
    }

    @Override
    public String toString () {
        return "Dog{" +
                "age=" + age +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", animal=" + animal +
                '}';
    }
}

我们再次运行浅拷贝部分的main方法，结果如下。

dog：Dog{age=18, name='husky', animal=Animal{id=1, type='dog'}}
cloneDog：Dog{age=18, name='husky', animal=Animal{id=1, type='dog'}}
两个对象是否相等：false
两个name是否相等：false # 变为false
两个animal是否相等：false # 变为false
----------------------------------------
dog：Dog{age=3, name='corgi', animal=Animal{id=2, type='dog'}}
cloneDog：Dog{age=18, name='husky', animal=Animal{id=1, type='dog'}}
两个对象是否相等：false
两个name是否相等：false
两个animal是否相等：false # 变为false

深拷贝的 JVM 的内存结构大致如下：