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面试题:图解深克隆和浅克隆

简介: 获得好工作的秘密:有效的准备面试。
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在开始之前,我们先来看以下代码存在什么问题?


class CloneTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        // 等号赋值( 基本类型)
        int number = 6;
        int number2 = number;
        // 修改 number2 的值
        number2 = 9;
        System.out.println("number:" + number);
        System.out.println("number2:" + number2);
        // 等号赋值(对象)
        Dog dog = new Dog();
        dog.name = "旺财";
        dog.age = 5;
        Dog dog2 = dog;
        // 修改 dog2 的值
        dog2.name = "大黄";
        dog2.age = 3;
        System.out.println(dog.name + "," + dog.age + "岁");
        System.out.println(dog2.name + "," + dog2.age + "岁");
    }
}


程序执行结果:


number:6
number2:9
大黄,3岁
大黄,3岁


可以看出,如果使用等号复制时,对于值类型来说,彼此之间的修改操作是相对独立的,而对于引用类型来说,因为复制的是引用对象的内存地址,所以修改其中一个值,另一个值也会跟着变化,原理如下图所示:


微信图片_20220117182737.png


因此为了防止这种问题的发生,就要使用对象克隆来解决引用类型复制的问题。


1)浅克隆


默认的 clone() 方法,为浅克隆,代码如下:


class CloneTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Dog dog = new Dog();
        dog.name = "旺财";
        dog.age = 5;
        // 克隆
        Dog dog3 = (Dog) dog.clone();
        dog3.name = "小白";
        dog3.age = 2;
        System.out.println(dog.name + "," + dog.age + "岁");
        System.out.println(dog3.name + "," + dog3.age + "岁");
    }
}
class Dog implements Cloneable {
    public String name;
    public int age;
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}


程序执行结果:


旺财,5岁
小白,2岁


可以看出使用克隆就可以解决引用类型复制的问题了,原理如下图所示:


微信图片_20220117182739.png


以上这种复制方式叫做浅克隆。浅克隆的实现条件:需要克隆的对象必须实现 Cloneable 接口,并重写 clone() 方法,即可实现对此对象的克隆。然而使用浅克隆也会存在一个问题,请参考以下代码。


class CloneTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        DogChild dogChild = new DogChild();
        dogChild.name = "二狗";
        Dog dog4 = new Dog();
        dog4.name = "大黄";
        dog4.dogChild = dogChild;
        Dog dog5 = (Dog) dog4.clone();
        dog5.name = "旺财";
        dog5.dogChild.name = "狗二";
        System.out.println("dog name 4:"+dog4.name);
        System.out.println("dog name 5:"+dog5.name);
        System.out.println("dog child name 4:"+dog4.dogChild.name);
        System.out.println("dog child name 5:"+dog5.dogChild.name);
    }
}
class Dog implements Cloneable {
    public String name;
    public DogChild dogChild;
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}
class DogChild {
    public String name;
}


程序执行结果:


dog name 4:大黄
dog name 5:旺财
dog child name 4:狗二
dog child name 5:狗二


也就是说浅克隆,只会复制对象的值类型,而不会复制对象的引用类型。原因如下图所示:


微信图片_20220117182742.png


要处理引用类型不被复制的问题,就要使用到深克隆


2)深克隆


定义:深克隆就是复制整个对象信息,包含值类型和引用类型。深克隆的实现方式通常包含以下两种。


  • 序列化实现深克隆:先将原对象序列化到内存的字节流中,再从字节流中反序列化出刚刚存储的对象,这个新对象和原对象就不存在任何地址上的共享,这样就实现了深克隆。


  • 所有引用类型都实现克隆:要复制对象的所有引用类型都要实现克隆,所有对象都是复制的新对象,从而实现了深克隆。


深克隆实现方式一:序列化


实现思路:先将要拷贝对象写入到内存中的字节流中,然后再从这个字节流中读出刚刚存储的信息,作为一个新对象返回,那么这个新对象和原对象就不存在任何地址上的共享,自然实现了深拷贝。请参考以下代码:


class CloneTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        BirdChild birdChild = new BirdChild();
        birdChild.name = "小小鸟";
        Bird bird = new Bird();
        bird.name = "小鸟";
        bird.birdChild = birdChild;
        // 使用序列化克隆对象
        Bird bird2 = CloneUtils.clone(bird);
        bird2.name = "黄雀";
        bird2.birdChild.name = "小黄雀";
        System.out.println("bird name:" + bird.name);
        System.out.println("bird child name:" + bird.birdChild.name);
        System.out.println("bird name 2:" + bird2.name);
        System.out.println("bird child name 2:" + bird2.birdChild.name);
    }
}
class CloneUtils {
    public static <T extends Serializable> T clone(T obj) {
        T cloneObj = null;
        try {
            //写入字节流
            ByteArrayOutputStream bo = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bo);
            oos.writeObject(obj);
            oos.close();
            //分配内存,写入原始对象,生成新对象
            ByteArrayInputStream bi = new ByteArrayInputStream(bo.toByteArray());//获取上面的输出字节流
            ObjectInputStream oi = new ObjectInputStream(bi);
            //返回生成的新对象
            cloneObj = (T) oi.readObject();
            oi.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return cloneObj;
    }
}


程序执行结果:


bird name:小鸟
bird child name:小小鸟
bird name 2:黄雀
bird child name 2:小黄雀


深克隆实现方式二:所有引用类型都实现克隆


class SerializableTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
    ParrotChild parrotChild = new ParrotChild();
        parrotChild.name = "小鹦鹉";
        Parrot parrot = new Parrot();
        parrot.name = "大鹦鹉";
        parrot.parrotChild = parrotChild;
        // 克隆
        Parrot parrot2 = (Parrot) parrot.clone();
        parrot2.name = "老鹦鹉";
        parrot2.parrotChild.name = "少鹦鹉";
        System.out.println("parrot name:" + parrot.name);
        System.out.println("parrot child name:" + parrot.parrotChild.name);
        System.out.println("parrot name 2:" + parrot2.name);
        System.out.println("parrot child name 2:" + parrot2.parrotChild.name);
    }
 }
class Parrot implements Cloneable {
    public String name;
    public ParrotChild parrotChild;
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Parrot bird = (Parrot) super.clone();
        bird.parrotChild = (ParrotChild) parrotChild.clone();
        return bird;
    }
}
class ParrotChild implements Cloneable {
    public String name;
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}


程序执行结果:


parrot name:大鹦鹉
parrot child name:小鹦鹉
parrot name 2:老鹦鹉
parrot child name 2:少鹦鹉


相关面试题


使用克隆有什么好处?


好处包含以下几点:


  • 使用方便:假如要复制一个对象,但这个对象中的部分属性已经被修改过了,如果不使用克隆的话,需要给属性手动赋值,相比克隆而已麻烦很多;
  • 性能高:查看 clone 方法可以知道,它是 native 方法,native 方法是原生函数,使用操作系统底层的语言实现的,因此执行效率更高;
  • 隔离性:克隆可以确保对象操作时相互隔离。


clone() 源代码,如下图:


微信图片_20220117182744.png


浅克隆和深克隆有什么区别?


答:区别主要在对引用类型的复制上,具体信息如下。

  • 浅克隆:只会复制对象的值类型,而不会复制对象的引用类型;
  • 深克隆:复制整个对象,包含值类型和引用类型。


如何实现浅克隆?


答:克隆的对象实现 Cloneable 接口,并重写 clone() 方法就可以实现浅克隆了。


以下代码执行的结果是?


import java.util.Arrays;
class CloneTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        CloneObj cloneObj = new CloneObj();
        cloneObj.name = "老王";
        cloneObj.age = 30;
        cloneObj.sistersAge = new int[]{18, 19};
        CloneObj cloneObj2 = (CloneObj) cloneObj.clone();
        cloneObj2.name = "磊哥";
        cloneObj2.age = 33;
        cloneObj2.sistersAge[0] = 20;
        System.out.println(cloneObj.name + "|" + cloneObj2.name);
        System.out.println(cloneObj.age + "|" + cloneObj2.age);
        System.out.println(Arrays.toString(cloneObj.sistersAge) + "|" + Arrays.toString(cloneObj2.sistersAge));
    }
}
class CloneObj implements Cloneable {
    public String name;
    public int age;
    public int[] sistersAge;
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}


答:执行结果如下。


老王|磊哥
30|33
[20, 19]|[20, 19]


深克隆如何实现?有几种实现方式?


答:一般实现方式有以下两种:


  • 通过序列化实现深克隆(序列化实现方式:Java 原生序列化、JSON 序列化、Hessian 序列化);
  • 所有引用类型都实现克隆,从而实现深克隆。


为什么不能直接使用 Object 的 Clone 方法,还要重写 clone() 方法之后才能实现克隆?


虽然所有类都是 Object 的子类,但因为 Object 中的 clone() 方法被声明为 protected 访问级别,所以非 java.lang 包下的其他类是不能直接使用的。因此要想实现克隆功能,就必须实现 Cloneable,并重写 clone() 方法才行。


序列化可不可以实现深克隆?实现的原理是什么?


答:先将原对象序列化到内存的字节流中,再从字节流中反序列化出刚刚存储的对象,这个新对象和原对象就不存在任何地址上的共享,这样就实现了深克隆。


是否可以自定义序列化过程,覆盖 Java 中的默认序列化过程?


答:可以,在 Java 中默认序列化一个对象需要调用 ObjectOutputStream.writeObject(saveThisObject) 和 ObjectInputStream.readObject() 读取对象,你可以自定义这两个方法,从而实现自定义序列化的过程。需要注意的重要一点是,记得声明这些方法为私有方法,以避免被继承、重写或重载。



以上内容来自《Java面试全解析》


微信图片_20220117182746.jpg

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