Java中的对象拷贝是一个重要的概念，特别是在面向对象编程中。Java提供了两种类型的拷贝方式：浅拷贝和深拷贝。浅拷贝只是复制引用，而不是创建一个新的对象，所以新的对象和原始对象引用同样的数据。而深拷贝是创建一个新的对象，与原始对象完全独立，拥有自己的内存空间和值。
本文将会深入探讨Java浅拷贝和深拷贝的概念，讲解它们各自的用途、使用场景以及技巧，并通过实战案例帮助读者更好地理解这两种拷贝方式的含义。
一、浅拷贝
1.1 什么是浅拷贝？
Java浅拷贝是指只复制对象的引用，而不是创建一个新的对象。这意味着，修改新对象将会影响原始对象。浅拷贝通常是通过Object类的clone()方法来实现的，它只对八种基本数据类型和对象引用类型生效，对于其他数据类型均无法实现浅拷贝。
1.2 如何实现浅拷贝？
Java中的Object类提供了一个克隆方法clone()，如果想要进行浅拷贝，我们只需要实现Cloneable接口，并重写clone()方法即可。下面是一个简单的例子：
java
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代码解读
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public class Employee implements Cloneable {
private String name;
private int age;
private Address address;
public Employee(String name, int age, Address address) {
this.name = name;
this.age = age;
this.address = address;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public Address getAddress() {
return address;
}
public void setAddress(Address address) {
this.address = address;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
public class Address {
private String street;
private String city;
public Address(String street, String city) {
this.street = street;
this.city = city;
}
public String getStreet() {
return street;
}
public void setStreet(String street) {
this.street = street;
}
public String getCity() {
return city;
}
public void setCity(String city) {
this.city = city;
}
}
// 测试代码
Employee emp1 = new Employee("Tom", 28, new Address("1234", "New York"));
Employee emp2 = (Employee)emp1.clone(); // 浅拷贝
System.out.println(emp1 == emp2); // false，引用不同
System.out.println(emp1.getAddress() == emp2.getAddress()); // true，地址相同
从上述代码可以看出，我们通过实现Cloneable接口并重写clone()方法来实现了浅拷贝。然后我们创建了一个Employee对象emp1，并赋予了相应的属性值。接下来，我们通过emp1.clone()进行浅拷贝，生成了另一个Employee对象emp2。可以看到，emp1和emp2的引用不同，但是它们共用了同一个address对象。
1.3 浅拷贝的缺点
浅拷贝相对于深拷贝，有一些明显的缺点：
1.3.1 受到原始对象的影响
由于浅拷贝仅仅复制了对象的引用，所以对浅拷贝对象的修改会对原始对象产生影响。这就导致当我们在修改浅拷贝对象时，可能会意外地修改了原始对象。
java
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// 测试代码
Employee emp1 = new Employee("Tom", 28, new Address("1234", "New York"));
Employee emp2 = (Employee)emp1.clone(); // 浅拷贝
emp2.getAddress().setStreet("5678");
System.out.println(emp1.getAddress().getStreet()); // 5678，原始对象被修改
从上述代码中可以看到，我们修改了emp2对象所引用Address对象的街道地址，然后再次访问emp1对象的Address对象，发现它已经改变了，这表明原始对象受到了浅拷贝对象的影响。
1.3.2 无法复制非基本类型的数据成员
浅拷贝只能复制基本类型的数据，对于复杂类型的数据结构，如数组、对象等就无法完成深度拷贝。因为浅拷贝只是简单地复制引用，而不是创建一个新的对象。
二、深拷贝
2.1 什么是深拷贝？
相对于浅拷贝，深拷贝会创建一个新的对象，并将原始对象的所有属性也复制到新创建的对象中。这意味着，修改新对象不会影响到原始对象。深拷贝通常使用Java序列化API实现，但也可以通过流式处理、ObjectInputStream/ObjectOutputStream来实现。
2.2 如何实现深拷贝？
Java中提供了几种实现深拷贝的方式，下面分别介绍：
2.2.1 序列化实现深拷贝
Java中提供了一种默认的序列化和反序列化机制，通过这种机制我们可以实现深拷贝。这种方法很简单，只需要在要拷贝的对象上实现Serializable接口即可。序列化拷贝的过程如下：
java
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// 将对象序列化
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(obj);
// 反序列化对象
ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
return ois.readObject();
下面是一个具体的例子：
java
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public class Employee implements Serializable {
private String name;
private int age;
private Address address;
public Employee(String name, int age, Address address) {
this.name = name;
this.age = age;
this.address = address;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public Address getAddress() {
return address;
}
public void setAddress(Address address) {
this.address = address;
}
}
public class Address implements Serializable {
private String street;
private String city;
public Address(String street, String city) {
this.street = street;
this.city = city;
}
public String getStreet() {
return street;
}
public void setStreet(String street) {
this.street = street;
}
public String getCity() {
return city;
}
public void setCity(String city) {
this.city = city;
}
}
// 测试代码
Employee emp1 = new Employee("Tom", 28, new Address("1234", "New York"));
Employee emp2 = (Employee) deepCopy(emp1); // 序列化实现深拷贝
System.out.println(emp1 == emp2); // false，引用不同
System.out.println(emp1.getAddress() == emp2.getAddress()); // false，地址不同
private static Object deepCopy(Object obj) throws IOException, ClassNotFoundException {
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(obj);
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray()));
return ois.readObject();
}
从上述代码中可以看到，我们通过实现Serializable接口并序列化与反序列化来实现了深拷贝。然后我们创建了一个Employee对象emp1，并赋予了相应的属性值。接下来，我们通过deepCopy()方法进行深拷贝，生成了另一个Employee对象emp2。可以看到，emp1和emp2的引用不同，且它们的地址也不同，表明已经完成了深拷贝。
2.2.2 流式处理实现深拷贝
流处理也可以实现深拷贝。Java 8 加入的 Streams API 可以用于快速轻松地处理集合或其他数据源中的元素。Streams 的一个常见模式是将数据源中的所有元素收集到一个新的集合中。这个过程被称为转换，也可以用于深拷贝。
下面是一个具体的例子：
java
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public class Employee implements Cloneable {
private String name;
private int age;
private Address address;
// 省略构造器、get/set方法等
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Employee empClone = (Employee)super.clone();
empClone.setAddress(new Address(address.getStreet(), address.getCity())); // 注意深拷贝
return empClone;
}
}
public class Address {
private String street;
private String city;
// 省略构造器、get/set方法等
}
// 测试代码
Employee emp1 = new Employee("Tom", 28, new Address("1234", "New York"));
Employee emp2 = (Employee)emp1.clone(); // 流式处理实现深拷贝
System.out.println(emp1 == emp2); // false，引用不同
System.out.println(emp1.getAddress() == emp2.getAddress()); // false，地址不同
从上述代码中可以看到，我们通过重写clone()方法，并采用流式处理的方式实现了深拷贝。然后我们创建了一个Employee对象emp1，并赋予了相应的属性值。接下来，我们通过emp1.clone()进行深拷贝，生成了另一个Employee对象emp2。可以看到，emp1和emp2的引用不同，且它们的地址也不同，表明已经完成了深拷贝。
2.3 深拷贝的优点
深拷贝与浅拷贝相比，具有以下优点：
2.3.1 对于复杂数据结构进行了完整的拷贝
深拷贝会对所有的属性值进行拷贝，因此对于复杂数据结构，如对象数组、嵌套对象、多层嵌套等一系列的数据结构都能够得到完整的拷贝。
2.3.2 完全独立
深拷贝不会受到原始对象的影响，因此可以完全独立于原始对象进行操作。
2.3.3 引用地址不同
深拷贝会创建一个新的对象，该对象的引用地址与原始对象不同。这意味着，深拷贝不会改变原始对象的状态，从而更加安全可靠。
三、浅拷贝和深拷贝的区别
- 浅拷贝只是复制引用，而不是创建一个新的对象，它们共用一份数据。
- 深拷贝会创建一个新的对象，该对象的所有属性值都会被完整拷贝，可以与原始对象完全独立进行操作。
- 浅拷贝与深拷贝的主要区别就是浅拷贝只关注对象内存地址，而深拷贝关注对象本身。
四、如何选择浅拷贝和深拷贝？
在实际应用中，我们应该根据具体的需求来选择使用浅拷贝还是深拷贝。有以下几点需要考虑：
4.1 对象的结构和复杂度
如果对象结构简单且属性值基本都是基本类型，则可以使用浅拷贝；反之，深拷贝更为安全。
4.2 对象的大小
如果拷贝的对象非常大，则使用浅拷贝可能会消耗大量的时间和内存资源，此时深拷贝可以减少对时间和内存的消耗。
4.3 操作的安全性
如果操作需要保证数据的安全性，则应该使用深拷贝。因为在使用浅拷贝时，被拷贝的对象可能会被意外修改。
五、扩展思考
在 Java 中，List 类型的浅拷贝和深拷贝可以通过什么方式实现？
5.1 浅拷贝
List 的浅拷贝可以通过调用 List 接口提供的 clone() 方法实现。该方法会返回一个与原始对象具有相同元素的新对象，但是新对象和原始对象共享相同元素的引用。
示例代码如下：
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List<Object> originalList = new ArrayList<>(); // 假设 originalList 中已经存在一些元素 List<Object> shallowCopyList = (ArrayList<Object>) originalList.clone();
5.2 深拷贝
List 的深拷贝需要对集合中的每个元素进行递归复制，确保新对象中的所有元素都是新创建的对象，而不是原始对象的引用。这通常需要使用一个循环遍历集合，对每一个元素进行判断和复制。
示例代码如下：
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List<Object> originalList = new ArrayList<>(); // 假设 originalList 中已经存在一些元素 List<Object> deepCopyList = new ArrayList<>(); for (Object element : originalList) { if (element instanceof Cloneable) { // 可以被克隆 try { Method cloneMethod = element.getClass().getMethod("clone"); Object copiedElement = cloneMethod.invoke(element); deepCopyList.add(copiedElement); } catch (Exception e) { // 处理异常 } } else if (element instanceof Serializable) { // 可以被序列化 try { ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(); ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(baos); oos.writeObject(element); ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray()); ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bais); Object copiedElement = ois.readObject(); deepCopyList.add(copiedElement); } catch (Exception e) { // 处理异常 } } else { // 不可复制 deepCopyList.add(element); } }
需要注意的是，在进行深拷贝时，被复制的对象必须实现 Cloneable 或 Serializable 接口，否则将会抛出异常。同时，在使用序列化方式进行深拷贝时，被复制的对象需要保证其所有成员变量都是可序列化的。
总的来说，使用深拷贝更为安全，但是也相对更加消耗时间和内存资源。因此在选择使用浅拷贝或深拷贝时，需要权衡需求和性能。
