• java 浅拷贝和深拷贝



    clone顾名思义就是复制, 在Java语言中, clone方法被对象调用,所以会复制对象。所谓的复制对象,首先要分配一个和源对象同样大小的空间,在这个空间中创建一个新的对象。那么在java语言中,有几种方式可以创建对象呢? 
    1. 使用new操作符创建一个对象 
    2. 使用clone方法复制一个对象 
    那么这两种方式有什么相同和不同呢? new操作符的本意是分配内存。程序执行到new操作符时, 首先去看new操作符后面的类型,因为知道了类型,才能知道要分配多大的内存空间。分配完内存之后,再调用构造函数,填充对象的各个域,这一步叫做对象的初始化,构造方法返回后,一个对象创建完毕,可以把他的引用(地址)发布到外部,在外部就可以使用这个引用操纵这个对象。而clone在第一步是和new相似的, 都是分配内存,调用clone方法时,分配的内存和源对象(即调用clone方法的对象)相同,然后再使用原对象中对应的各个域,填充新对象的域, 填充完成之后,clone方法返回,一个新的相同的对象被创建,同样可以把这个新对象的引用发布到外部。【详解Java中的clone方法


    引用的拷贝

        //引用拷贝
        private static void copyReferenceObject(){
            Person p = new Person(23, "zhang");
            Person p1 = p;
            System.out.println(p);
            System.out.println(p1);
        }

    这里打印的结果: 
    com.yaolong.clone.Person@3654919e 
    com.yaolong.clone.Person@3654919e 
    可以看到,打印的结果是一样的,也就是说,二者的引用是同一个对象,并没有创建出一个新的对象。因此要区分引用拷贝和对象拷贝的区别,下面要介绍的就是对象拷贝。 


    浅拷贝

    浅拷贝是按位拷贝对象,它会创建一个新对象,这个对象有着原始对象属性值的一份精确拷贝。如果属性是基本类型,拷贝的就是基本类型的值;如果属性是内存地址(引用类型),拷贝的就是内存地址 ,因此如果其中一个对象改变了这个地址,就会影响到另一个对象。

    实现对象拷贝的类,必须实现Cloneable接口,并覆写clone()方法。 
    Persion类:

    package com.yaolong.clone;
    
    public class Person implements Cloneable{
    
        //private Integer age;
        private int age;//阿里规范中规定pojo类中的属性强制使用包装类型,这里只是测试
    
        private String name;
    
        public Person(Integer age, String name) {
            super();
            this.age = age;
            this.name = name;
        }
    
        public Integer getAge() {
            return age;
        }
    
        public void setAge(Integer age) {
            this.age = age;
        }
    
        public String getName() {
            return name;
        }
    
        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
    
        @Override
        public String toString() {
            return super.toString();
        }
    
        @Override
        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
            return super.clone();
        }
    }
    
        //对象拷贝
        private static void copyRealObject() throws CloneNotSupportedException{
            Person p = new Person(23, "zhang");
            Person p1 = (Person) p.clone();      
            System.out.println(p);
            System.out.println(p1);
        }

    这里打印的结果: 
    com.yaolong.clone.Person@28084850 
    com.yaolong.clone.Person@37c390b8 
    可以看出,二者的对象地址不一样,因此实现了拷贝。

    但是还是有个问题,就是Person类中有一个String类型的引用对象name,它真的也被拷贝过去了吗,还是说依然是引用的是同一个name对象呢,在上面的代码基础上,我们继续打印:

            System.out.println("pName:"+p.getName().hashCode());
            System.out.println("p1Name:"+p1.getName().hashCode());

    这里打印的结果: 
    pName:115864556 
    p1Name:115864556 
    可见,二者的name属性依然是指向同一个对象。上面故意将age属性改为int基本类型,因为基本数据类型是不存在引用问题。 
    这实际上就是典型的浅拷贝: 

    深拷贝的内存图: 

    由上可知,从Object中继承过来的clone默认实现的是浅拷贝。


    深拷贝

    深拷贝会拷贝所有的属性,并拷贝属性指向的动态分配的内存。当对象和它所引用的对象一起拷贝时即发生深拷贝。深拷贝相比于浅拷贝速度较慢并且花销较大。

    现在为了要在clone对象时进行深拷贝, 那么就要Clonable接口,覆盖并实现clone方法,除了调用父类中的clone方法得到新的对象, 还要将该类中的引用变量也clone出来。如果只是用Object中默认的clone方法,是浅拷贝的。

    static class Body implements Cloneable{
        public Head head;
    
        public Body() {}
    
        public Body(Head head) {this.head = head;}
    
        @Override
        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
            return super.clone();
        }
    
    }
    static class Head /*implements Cloneable*/{
        public  Face face;
    
        public Head() {}
        public Head(Face face){this.face = face;}
    
    } 
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
    
        Body body = new Body(new Head());
    
        Body body1 = (Body) body.clone();
    
        System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) );
    
        System.out.println("body.head == body1.head : " +  (body.head == body1.head));
    
    
    }

    在以上代码中, 有两个主要的类, 分别为Body和Face, 在Body类中, 组合了一个Face对象。当对Body对象进行clone时, 它组合的Face对象只进行浅拷贝。 
    打印结果可以验证该结论: 
    body == body1 : false 
    body.head == body1.head : true

    如果要使Body对象在clone时进行深拷贝, 那么就要在Body的clone方法中,将源对象引用的Head对象也clone一份。

    static class Body implements Cloneable{
        public Head head;
        public Body() {}
        public Body(Head head) {this.head = head;}
    
        @Override
        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
            Body newBody =  (Body) super.clone();
            newBody.head = (Head) head.clone();
            return newBody;
        }
    
    }
    static class Head implements Cloneable{
        public  Face face;
    
        public Head() {}
        public Head(Face face){this.face = face;}
        @Override
        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
            return super.clone();
        }
    } 
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
    
        Body body = new Body(new Head());
    
        Body body1 = (Body) body.clone();
    
        System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) );
    
        System.out.println("body.head == body1.head : " +  (body.head == body1.head));
    
    
    }

    打印结果为: body == body1 : false 
    body.head == body1.head : false

    由此可见, body和body1内的head引用指向了不同的Head对象, 也就是说在clone Body对象的同时, 也拷贝了它所引用的Head对象, 进行了深拷贝。


    真的是深拷贝吗

    由上一节的内容可以得出如下结论:如果想要深拷贝一个对象, 这个对象必须要实现Cloneable接口,实现clone方法,并且在clone方法内部,把该对象引用的其他对象也要clone一份 , 这就要求这个被引用的对象必须也要实现Cloneable接口并且实现clone方法。 
    那么,按照上面的结论, Body类组合了Head类, 而Head类组合了Face类,要想深拷贝Body类,必须在Body类的clone方法中将Head类也要拷贝一份,但是在拷贝Head类时,默认执行的是浅拷贝,也就是说Head中组合的Face对象并不会被拷贝。验证代码如下:(这里本来只给出Face类的代码就可以了, 但是为了阅读起来具有连贯性,避免丢失上下文信息, 还是给出整个程序,整个程序也非常简短)

    static class Body implements Cloneable{
        public Head head;
        public Body() {}
        public Body(Head head) {this.head = head;}
    
        @Override
        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
            Body newBody =  (Body) super.clone();
            newBody.head = (Head) head.clone();
            return newBody;
        }
    
    }
    
    static class Head implements Cloneable{
        public  Face face;
    
        public Head() {}
        public Head(Face face){this.face = face;}
        @Override
        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
            return super.clone();
        }
    } 
    
    static class Face{}
    
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
    
        Body body = new Body(new Head(new Face()));
    
        Body body1 = (Body) body.clone();
    
        System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) );
    
        System.out.println("body.head == body1.head : " +  (body.head == body1.head));
    
        System.out.println("body.head.face == body1.head.face : " +  (body.head.face == body1.head.face));
    
    
    }

    打印结果为: 
    body == body1 : false 
    body.head == body1.head : false 
    body.head.face == body1.head.face : true 

    那么,对Body对象来说,算是这算是深拷贝吗?其实应该算是深拷贝,因为对Body对象内所引用的其他对象(目前只有Head)都进行了拷贝,也就是说两个独立的Body对象内的head引用已经指向了独立的两个Head对象。但是,这对于两个Head对象来说,他们指向了同一个Face对象,这就说明,两个Body对象还是有一定的联系,并没有完全的独立。这应该说是一种不彻底的深拷贝。


    如何进行彻底的深拷贝

    对于上面的例子来说,怎样才能保证两个Body对象完全独立呢?只要在拷贝Head对象的时候,也将Face对象拷贝一份就可以了。这需要让Face类也实现Cloneable接口,实现clone方法,并且在在Head对象的clone方法中,拷贝它所引用的Face对象。修改的部分代码如下:

    static class Head implements Cloneable{
        public  Face face;
    
        public Head() {}
        public Head(Face face){this.face = face;}
        @Override
        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
            //return super.clone();
            Head newHead = (Head) super.clone();
            newHead.face = (Face) this.face.clone();
            return newHead;
        }
    } 
    
    static class Face implements Cloneable{
        @Override
        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
            return super.clone();
        }
    }

    再次运行上面的示例,得到的运行结果如下: body == body1 : false 
    body.head == body1.head : false 
    body.head.face == body1.head.face : false

    这说名两个Body已经完全独立了,他们间接引用的face对象已经被拷贝,也就是引用了独立的Face对象。

    依此类推,如果Face对象还引用了其他的对象, 比如说Mouth,如果不经过处理,Body对象拷贝之后还是会通过一级一级的引用,引用到同一个Mouth对象。同理, 如果要让Body在引用链上完全独立, 只能显式的让Mouth对象也被拷贝。 到此,可以得到如下结论:如果在拷贝一个对象时,要想让这个拷贝的对象和源对象完全彼此独立,那么在引用链上的每一级对象都要被显式的拷贝。所以创建彻底的深拷贝是非常麻烦的,尤其是在引用关系非常复杂的情况下, 或者在引用链的某一级上引用了一个第三方的对象, 而这个对象没有实现clone方法, 那么在它之后的所有引用的对象都是被共享的。 举例来说,如果被Head引用的Face类是第三方库中的类,并且没有实现Cloneable接口,那么在Face之后的所有对象都会被拷贝前后的两个Body对象共同引用。假设Face对象内部组合了Mouth对象,并且Mouth对象内部组合了Tooth对象。

    clone在平时项目的开发中可能用的不是很频繁,但是区分深拷贝和浅拷贝会让我们对java内存结构和运行方式有更深的了解。至于彻底深拷贝,几乎是不可能实现的,原因已经在上一节中进行了说明。深拷贝和彻底深拷贝,在创建不可变对象时,可能对程序有着微妙的影响,可能会决定我们创建的不可变对象是不是真的不可变。clone的一个重要的应用也是用于不可变对象的创建。

    齊帥
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