Java的对象克隆

简介: Object 类提供的 clone() 方法是 “浅拷贝”,并没有克隆对象中引用的其他对象,原对象和克隆的对象仍然会共享一些信息。深拷贝指的是:在对象中存在其他对象的引用的情况下,会同时克隆对象中引用的其他对象,原对象和克隆的对象互不影响。

本节我们会讨论 Cloneable 接口,这个接口指示一个类提供了一个安全的 clone() 方法。

Object 类提供的 clone() 方法是 “浅拷贝”,并没有克隆对象中引用的其他对象,原对象和克隆的对象仍然会共享一些信息。深拷贝指的是:在对象中存在其他对象的引用的情况下,会同时克隆对象中引用的其他对象,原对象和克隆的对象互不影响。

介绍克隆

要了解克隆的具体含义,先来回忆为一个包含对象引用的变量建立副本时会发生什么。原变量和副本都是同一个对象的引用(见图 6-1)。这说明,任何一个变量改变都会影响另一个变量。

Employee original = new Employee("John Public", 50000);
Employee copy = original;
copy.raiseSalary(lO); // oops-also changed original

如果希望 copy 是一个新对象,它的初始状态与 original 相同,但是之后它们各自会有自己不同的状态,这种情况下就可以使用 clone() 方法。

Employee copy = original.clone();
copy.raiseSalary(lO); // OK original unchanged

image-20230418124610231.png


不过并没有这么简单。clone() 方法是 Object 的一个 protected 方法,这说明你的代码不能直接调用这个方法。只有 Employee 类可以克隆 Employee 对象(Object 类不可以克隆 Employee 类)。这个限制是有原因的。想想看 Object 类如何实现 clone()。Object 类它对于这个对象一无所知,所以只能逐个域地进行拷贝。如果对象中的所有数据域都是数值或其他基本类型,拷贝这些域没有任何问题、但是如果对象包含子对象的引用,拷贝域就会得到相同子对象的另一个引用,这样一来,原对象和克隆的对象仍然会共享一些信息。

class Employee {
    // instance fields
    private String name;
    private double salary;
    private Date hireDay;

    // constructor
    public Employee(String n, double s, int year, int month, int day) {
        this.name = n;
        this.salary = s;
        this.hireDay = new Date(year, month, day);
    }

    // a method
    public String getName() {
        return name;
    }
    // more methods
}

图 6-2 显示了使用 Object 类的 clone() 方法克隆一个 Employee 对象会发生什么。可以看到,默认的克隆操作是 “浅拷贝”,并没有克隆对象中引用的其他对象。

浅拷贝会有什么影响吗?这要看具体情况。

  • 如果原对象和浅克隆对象共享的子对象是不可变的,那么这种共享就是安全的。如果子对象属于一个不可变的类,如 String,就是这种情况。或者在对象的生命周期中,子对象一直包含不变的常量,没有更改器方法会改变它,也没有方法会生成它的引用,这种情况下同样是安全的(子对象虽然是可变的,但是在在对象的生命周期中,子对象的数据域没有发生改变)。
  • 不过,通常子对象都是可变的,必须重新定义 clone() 方法来建立一个深拷贝,同时克隆所有子对象。在这个例子中,hireDay 域是一个 Date,这是可变的,所以它也需要克隆。(出于这个原因,这个例子使用 Date 类型的域而不是 LocalDate 来展示克隆过程。如果 hireDay 是不可变的 LocalDate 类的一个实例,就无需我们做任何处理了。)

image-20230418124817828.png


对于每一个类,需要确定:

  1. 默认的 clone() 方法是否满足要求;
  2. 是否可以在可变的子对象上调用 clone() 方法来修补默认的 clone() 方法;
  3. 是否不该使用 clone() 方法

实际上第 3 个选项是默认选项。如果选择第 1 项或第 2 项,类必须:

  • 实现 Cloneable 接口;
  • 重新定义 clone() 方法,并指定 public 访问修饰符。

Cloneable 接口

Cloneable 接口的出现与接口的正常使用并没有关系。具体来说,Cloneable 接口没有指定 clone() 方法,clone() 方法是从 Object 类继承的。Cloneable 接口只是作为一个标记,指示类设计者了解克隆过程。对象对于克隆很 “偏执”,如果一个对象请求克隆,但没有实现 Cloneable 接口,就会生成一个受检异常(CloneNotSupportedException 异常)。

如果在一个对象上调用 clone() 方法,但这个对象的类并没有实现 Cloneable 接口,Object 类的 clone() 方法就会拋出一个 CloneNotSupportedException。

注释:Cloneable 接口是 Java 提供的一组标记接口(tagging interface)之一。应该记得:

  • Comparable 等接口的通常用途是确保一个类实现一个或一组特定的方法。
  • 标记接口不包含任何方法,标记接口唯一的作用就是允许在类型查询中使用 instanceof:if (obj instanceof Cloneable) {}

建议你自己的程序中不要使用标记接口。


即使 clone() 的默认(浅拷贝)实现能够满足要求,还是需要实现 Cloneable 接口,将 clone() 方法重新定义为 public, 再调用 super.clone()。下面给出一个例子:

class Employee implements Cloneable {
    // raise visibility level to public, change return type
    public Employee clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Employee) super.clone();
    }
}

与 Object.clone() 提供的浅拷贝相比,前面看到的 clone() 方法并没有为它增加任何功能。这里只是让这个方法是公有的。要建立深拷贝,还需要做更多工作,克隆对象中可变的实例域。下面来看创建深拷贝的 done() 方法的一个例子:

class Employee implements Cloneable {
    // ...
    public Employee clone() throws CloneNotSupportedException {
        // call Object.clone()
        Employee cloned = (Employee) super.clone();
        // clone mutable fields
        cloned.hireDay = (Date) hireDay.clone();
        return cloned;
    }
}

如果在一个对象上调用 clone() 方法,但这个对象的类并没有实现 Cloneable 接口,Object 类的 clone() 方法就会拋出一个 CloneNotSupportedException。当然,Employee 和 Date 类实现了 Cloneable 接口,所以不会抛出这个异常。不过, 编译器并不了解这一点,因此,我们声明了这个异常。


捕获这个异常是不是更好一些?

public Employee clone() {
    try {
        Employee cloned = (Employee) super.clone();
        // ...
        return cloned;
    } catch (CloneNotSupportedException e) {
        return null;
    }
    // this won't happen, since we are Cloneable
}

捕获异常这非常适用于 final 类。否则,最好还是保留 throws 说明符。这样就允许子类在不支持克隆时选择抛出一个 CloneNotSupportedException()。

子类的克隆

必须当心子类的克隆。例如,一旦为 Employee 类定义了 clone() 方法,任何人都可以用它来克隆 Manager 对象(Manager 类是 Employee 类的子类)。Employee 克隆方法能完成工作吗?这取决于 Manager 类的域。在这里是没有问题的,因为 bonus 域是基本类型。但是 Manager 可能会有需要深拷贝或不可克隆的域。不能保证子类的实现者一定会修正 clone() 方法让它正常工作。出于这个原因, 在 Object 类中 clone() 方法声明为 protected。不过,如果你希望类用户调用 clone(),就不能这样做。

参考资料

《Java核心技术卷一:基础知识》(第10版)第 6 章:接口、lambda 表达式与内部类 6.2.3 对象克隆

相关文章
|
1月前
|
设计模式 网络协议 数据可视化
Java 设计模式之状态模式:让对象的行为随状态优雅变化
状态模式通过封装对象的状态,使行为随状态变化而改变。以订单为例,将待支付、已支付等状态独立成类,消除冗长条件判断,提升代码可维护性与扩展性,适用于状态多、转换复杂的场景。
261 0
|
3月前
|
缓存 安全 Java
Java反射机制:动态操作类与对象
Java反射机制是运行时动态操作类与对象的强大工具,支持获取类信息、动态创建实例、调用方法、访问字段等。它在框架开发、依赖注入、动态代理等方面有广泛应用,但也存在性能开销和安全风险。本文详解反射核心API、实战案例及性能优化策略,助你掌握Java动态编程精髓。
|
3月前
|
存储 人工智能 JavaScript
Java从作用域到对象高级应用​
本内容详细讲解了JavaScript中的作用域类型(函数作用域、块作用域、全局作用域)、作用域链、垃圾回收机制、闭包、变量提升、函数参数、数组方法、内置构造函数、对象高级知识、原型链、对象赋值、深浅拷贝、递归、异常处理及this指向等内容,全面覆盖JS核心概念与编程技巧。
50 0
|
4月前
|
存储 Java
Java对象的内存布局
在HotSpot虚拟机中,Java对象的内存布局分为三部分:对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)。对象头包含Mark Word、Class对象指针及数组长度;实例数据存储对象的实际字段内容;对齐填充用于确保对象大小为8字节的整数倍。
102 0
|
5月前
|
Java 数据库连接 API
Java 对象模型现代化实践 基于 Spring Boot 与 MyBatis Plus 的实现方案深度解析
本文介绍了基于Spring Boot与MyBatis-Plus的Java对象模型现代化实践方案。采用Spring Boot 3.1.2作为基础框架,结合MyBatis-Plus 3.5.3.1进行数据访问层实现,使用Lombok简化PO对象,MapStruct处理对象转换。文章详细讲解了数据库设计、PO对象实现、DAO层构建、业务逻辑封装以及DTO/VO转换等核心环节,提供了一个完整的现代化Java对象模型实现案例。通过分层设计和对象转换,实现了业务逻辑与数据访问的解耦,提高了代码的可维护性和扩展性。
227 1
|
5月前
|
前端开发 Java 数据库连接
java bo 对象详解_全面解析 java 中 PO,VO,DAO,BO,POJO 及 DTO 等几种对象类型
Java开发中常见的六大对象模型(PO、VO、DAO、BO、POJO、DTO)各有侧重,共同构建企业级应用架构。PO对应数据库表结构,VO专为前端展示设计,DAO封装数据访问逻辑,BO处理业务逻辑,POJO是简单的Java对象,DTO用于层间数据传输。它们在三层架构中协作:表现层使用VO,业务层通过BO调用DAO处理PO,DTO作为数据传输媒介。通过在线商城的用户管理模块示例,展示了各对象的具体应用。最佳实践包括保持分层清晰、使用工具类转换对象,并避免过度设计带来的类膨胀。理解这些对象模型的区别与联系。
406 1
|
6月前
|
Java
深入JavaSE:详解Java对象的比较。
总的来说,Java对象的比较就像海洋生物的比较,有外在的,有内在的,有面对所有情况的,也有针对特殊情况的。理解并掌握这些比较方式,就能更好地驾驭Java的世界,游刃有余地操作Java对象。
135 12
|
7月前
|
编解码 JavaScript 前端开发
【Java进阶】详解JavaScript的BOM(浏览器对象模型)
总的来说,BOM提供了一种方式来与浏览器进行交互。通过BOM,你可以操作窗口、获取URL、操作历史、访问HTML文档、获取浏览器信息和屏幕信息等。虽然BOM并没有正式的标准,但大多数现代浏览器都实现了相似的功能,因此,你可以放心地在你的JavaScript代码中使用BOM。
234 23
|
7月前
|
Java 数据安全/隐私保护
Java 类和对象
本文介绍了Java编程中类和对象的基础知识,作为面向对象编程(OOP)的核心概念。类是对象的蓝图,定义实体类型;对象是具体实例,包含状态和行为。通过示例展示了如何创建表示汽车的类及其实例,并说明了构造函数、字段和方法的作用。同时,文章还探讨了访问修饰符的使用,强调封装的重要性,如通过getter和setter控制字段访问。最后总结了类与对象的关系及其在Java中的应用,并建议进一步学习继承等概念。
173 1
|
7月前
|
存储 缓存 Java
理解Java引用数据类型:它们都是对象引用
本文深入探讨了Java中引用数据类型的本质及其相关特性。引用变量存储的是对象的内存地址而非对象本身,类似房子的地址而非房子本身。文章通过实例解析了引用赋值、比较(`==`与`equals()`的区别)以及包装类缓存机制等核心概念。此外,还介绍了Java引用类型的家族,包括类、接口、数组和枚举。理解这些内容有助于开发者避免常见错误,提升对Java内存模型的掌握,为高效编程奠定基础。
381 0
下一篇
oss云网关配置