谈谈Java Clone

Java里的Clone, 顾名思义就是克隆一个类的对象。克隆的方法分为浅拷贝(shallow copy)和深拷贝(deep copy)。Clone的默认方法是shallow copy，考虑以下情况：

1. 对象中所有数据域都属于基本类型，并无对其它对象的引用

2. 原始对象和浅拷贝得到的克隆对象所引用的其它对象是不可变的，如String

这两种情况下，使用默认的shallow copy并无任何问题，因为基本类型和不可变类型，均是不可变的。

但更多的情况是，要克隆的对象中存在可变的其它对象，例如Date这个类：

Date类属于可变类。要对这样的类进行Clone，必须重新定义clone()方法，以便使引用的对象也拷贝一份。

通过默认的shallow copy，如上图所示，原始对象和克隆对象仍是引用同一个Date对象。

而通过deep copy，原始对象和克隆对象才会引用不同的Date对象。换而言之，deep copy将对象里面引用的其它对象也copy了一份。

实现deep copy的方法如下：

1. 类实现Cloneable接口（tagging/marker interface，没有方法）

2. 使用pulibc修饰符重写clone方法

请看下面代码：

public class Employee implements Cloneable {

    public String name;
    public int salary;
    public Calendar employedDate;
    
    public Employee(String name, int salary, Calendar employedDate) {
        super();
        this.name = name;
        this.salary = salary;
        this.employedDate = employedDate;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Employee [name=" + name + ", salary=" + salary
                + ", employedDate=" + employedDate.getTime() + "]";
    }
    
    //implements clone()
    public Employee clone() throws CloneNotSupportedException{
        Employee cloned = (Employee) super.clone();
        cloned.employedDate = (Calendar) employedDate.clone(); //clone this object
        
        return cloned;
    }
    
    /**
     * @param args
     * @throws CloneNotSupportedException 
     */
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        // TODO Auto-generated method stub
        Calendar now = Calendar.getInstance();
        Employee original = new Employee("Mike",5000,now);
        
        Employee copy = (Employee) original.clone();
        copy.name = "Kite";
        copy.salary = 8000;
        copy.employedDate.set(2010, 01, 01);
        
        System.out.println(original.toString());
        System.out.println(copy.toString());
    }

}
/*
 * output:
 * Employee [name=Mike, salary=5000, employedDate=Mon Mar 25 11:06:05 CST 2013]
   Employee [name=Kite, salary=8000, employedDate=Mon Feb 01 11:06:05 CST 2010]
*/

从输出可见，拷贝的对象的Calendar引用已经和原始对象并不一样了，证明了deep copy成功。需要注意的是，如果在clone()方法中含有没有实现Cloneable接口的对象，就会抛出CloneNotSupportException异常。

写了那么多，是不是说明clone很常用，自定义的类（如Employee类）都需要实现Cloneable接口呢？并非如此！恰恰相反，Core Java中明确提出：应该完全避免使用使用clone，并通过其它方法达到拷贝的目的。

1. clone显得笨拙，需要重写clone方法并克隆每一个引用对象。

2. clone在标准类库中并不普遍，只用不到5%的类实现了clone

3. clone禁止final在类成员的使用(clone prevents the use of final fields.). 必须找其他方法去做。

3. 最重要的一点，大部分接口和抽象类没有实现public clone这个方法

拷贝对象是避免不了的，下面是其他可以代替clone的深拷贝的方法：

1. 利用工厂模式 （Effective Java Item 11）

2. 使用Java序列化机制，不过相当低效；也有据说高效的方法，暂时还没验证：http://javatechniques.com/blog/faster-deep-copies-of-java-objects/

3. 专门的开源包：http://www.genericdeepcopy.com/ https://code.google.com/p/cloning/

以下看看一些实际运用：

List<String> b = new ArrayList<String>(a);

创建一个a的shallow copy，并赋予b。而：

        List<String> a = new ArrayList<String>();
        a.add("a");
        a.add("b");
        a.add("c");
        
        List<String> b = new ArrayList<String>(a.size());
        System.out.println(b.size()); //output 0
        Collections.copy(b, a);

Collections.copy()同样是shallow copy。但这里会抛出 java.lang.IndexOutOfBoundsException: Source does not fit in dest 这个异常。

这是因为ArrayList(a.size())给List b初始化的是capacity，而不是size。所以b.size()输出是0。而Collections.copy()需要两者的size()一样。所以抛出异常。

解决办法是如下：

List<String> b = new ArrayList<String>(a);
        
System.out.println(b.size()); //output 3
Collections.copy(b, a);

这样b.size()的结果为3，但事实上。由于第一行已经是浅拷贝了，这样的话第4行就显得多余。

下面是Array(Collection c)的源码：

public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
         elementData = c.toArray();
         size = elementData.length;
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
         if (elementData.getClass() != Object[].class)
             elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
     }

参考

Core Java 6.2