Java 对象的克隆Clone和必须了解的浅拷贝与深拷贝

简介: Java 对象的克隆Clone和必须了解的浅拷贝与深拷贝

前言



为什么要写这篇文章?


因为我最近无意间看到了一些项目的代码,不管是曾经编码的人还是新接手的人, 在想完全克隆复制一个已经存在的对象,做为后续的使用,竟然都是采取了重写new一个,然后一个个属性字段值get出来再set回去,这种代码段让我不禁陷入了沉思。


简单描述下场景:


已经存在一个对象  sheep,里面已经有了一些字段属性值;


因为业务处理需要,想整一个跟这个sheep 对象一模一样的 sheep2 出来;


然后在不管是使用sheep 或者 sheep2 的时候,都互不干扰。


正文



那么实现这个场景,最简单最高效的方法是什么呢?


那就是使用克隆 clone。


ps: 当然不妨可能有一些粗心大意的人或者是新手来说,还会写出以下这种代码,这里不多言。


image.png


那么接下来进入正题,clone 克隆的使用。


在结合代码介绍clone前, 必须要先列出一些概念理论知识。


1. 我们使用的 clone()方法,来自于 java类 Object ,也就是所有的java类都继承的java.lang.Object ,用的就是Object里面的clone()。


image.png


2. 使用clone()拷贝出来的对象,有自己新的内存地址,而不是跟被拷贝对象一样指向同一个内存地址。


3.使用clone()拷贝对象跟new 对象的区别是,new是出来一个初始化新对象,而clone是复制出来一个包含原对象一些信息数据的新对象。


结合实例:


要使用clone(),那么类就需要实现 Cloneable 接口。


如:


image.png


那么可能有的人就发现了,实现了这个Cloneable,编辑工具没有提示我们去重写方法之类的??


或是动手能力强的人,点进去了Object的clone方法源码里面,发现是一个空方法??


简短地解惑:


关键在于,native这个关键字,使用这个关键字修饰的方法(如果平时有多点源码的,应该对这个关键字不陌生),代表这个方法实现体被调用,是告知 jvm去调用非java代码编写的实现体,例如C语言编写的等。而 jvm能否去调用这个实现体,也就是根据咱们是否有实现了Cloneable这个接口做为标记。


image.png


(可以看看设计者在Cloneable留下来的注释,多看源码肯定是有益的。)


image.png


好了,不啰嗦,咱们要在Sheep.java 类上使用clone()方法去实现克隆。


我们需要就是实现Cloneable接口,以及重写clone方法,而且把重写的clone方法的protected  改完 public 。


如:


public class Sheep implements Cloneable {
    private String name;
    private Integer age;
    @Override
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Sheep{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public Integer getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }
}


仅到此,我们来写个测试方法,试一下克隆一个sheep对象,生成 sheep2对象:


    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Sheep sheep=new Sheep();
        sheep.setName("merry");
        sheep.setAge(5);
        System.out.println("克隆前 sheep :"+sheep.toString());
        System.out.println("-----进行克隆-----");
        Sheep sheep2 = (Sheep) sheep.clone();
        System.out.println("克隆出来的 sheep2:" +sheep2.toString());
        System.out.println("sheep 与 sheep2 的内存地址是否一样 : "+ (sheep2==sheep));
        sheep2.setName(" update from sheep2");
        System.out.println("修改 sheep2 的name后, sheep:"+sheep.toString());
        System.out.println("修改 sheep2 的name后, sheep2:"+sheep2.toString());
    }


可以看到结果:


image.png


到这里是否就认为clone的使用就这样子ok了呢?


确实,如果你需要进行克隆的对象里面,只包含基本变量的话,这种clone的使用确实已经足够了。


但是如果里面包含的不只是基本变量,还存在其他对象的引用,那么就涉及到了深拷贝与浅拷贝的知识。


image.png


注意注意注意,当对象内包含其他对象的引用, clone 克隆出来的对象,并没有真正的实现数据克隆! 这就是使用clone需要考虑的深浅拷贝问题!

image.png


深拷贝  与  浅拷贝


在我们结合代码实例前,我们先了解下这个深拷贝,浅拷贝的概念理论知识:


浅拷贝: 指拷贝对象时仅仅拷贝对象本身(包括对象中的基本变量),而不拷贝对象包含的引用指向的对象。


深拷贝 :深拷贝不仅拷贝对象本身,而且拷贝对象包含的引用指向的所有对象。


这么一看,是不是发现了我们上面的例子里面,其实就是属于浅拷贝,确实如此。


因为对于clone方法来说,


如果不对clone()方法进行改造,那么默认的使用,都是浅拷贝。


结合实例:


可见现在的sheep类里已经除了基本变量还包含了额外的对象引用 Wool


image.png


Wool.java


image.png


那么基于这种情况,我们来试试此时浅拷贝克隆出来的情景:

 

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Wool wool=new Wool();
        wool.setColor("Red Red Red Red");
        Sheep sheep=new Sheep();
        sheep.setName("merry");
        sheep.setAge(5);
        sheep.setWool(wool);
        System.out.println("克隆前 sheep :"+sheep.toString());
        System.out.println("-----进行克隆-----");
        Sheep sheep2 = (Sheep) sheep.clone();
        System.out.println("克隆出来的 sheep2:" +sheep2.toString());
        System.out.println("------对sheep2的Wool 颜色属性进行修改------");
        sheep2.getWool().setColor("Black Black  Black");
        System.out.println("修改 wool颜色后, sheep:"+sheep.toString());
        System.out.println("修改 wool颜色后,, sheep2:"+sheep2.toString());
    }


结果:


image.png


为什么?


因为这是浅度拷贝,对除了基本变量的属性值复制外,对里面的wool对象引用并没有额外分配新的内存地址,所以一旦修改了wool,无论是修改sheep的wool属性还是sheep2的属性, 都会致使 使用到wool对象的对象实例 受影响。


所以对于这种实例里面包含了其他对象的引用,在我们使用克隆clone方法时,我们需要对clone()进行改造,实现深拷贝。


这样不管后续怎么去修改,克隆出来的对象与被克隆的对象都互不干扰。


进行改造,如上面的分析,我们需要在对Sheep进行克隆的时候,对里面的Wool也分配新的内存地址。


所以:


改造步骤1,让Wool也实现Cloneable,里面wool的重写的clone方法来进行新的内存地址划分。


改造步骤2,在Sheep的clone方法里,调用wool的clone方法然后再赋值。


具体代码:


步骤1


Wool.java


public class Wool  implements Cloneable{
    private String color;
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Wool{" +
                "color='" + color + '\'' +
                '}';
    }
    public String getColor() {
        return color;
    }
    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }
}


步骤2:


Sheep.java


public class Sheep implements Cloneable {
    private String name;
    private Integer age;
    private Wool wool;
    @Override
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Sheep sheep= (Sheep) super.clone();
        sheep.wool= (Wool) wool.clone();
        return sheep;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Sheep{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", wool=" + wool +
                '}';
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public Integer getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }
    public Wool getWool() {
        return wool;
    }
    public void setWool(Wool wool) {
        this.wool = wool;
    }
}


Sheep的clone方法改造分析:


image.png


测试方法:


    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Wool wool=new Wool();
        wool.setColor("Red Red Red Red");
        Sheep sheep=new Sheep();
        sheep.setName("merry");
        sheep.setAge(5);
        sheep.setWool(wool);
        System.out.println("克隆前 sheep :"+sheep.toString());
        System.out.println("-----进行克隆-----");
        Sheep sheep2 = (Sheep) sheep.clone();
        System.out.println("克隆出来的 sheep2:" +sheep2.toString());
        System.out.println("------对sheep2的Wool 颜色属性进行修改------");
        sheep2.getWool().setColor("Black Black  Black");
        System.out.println("修改 wool颜色后, sheep:"+sheep.toString());
        System.out.println("修改 wool颜色后,, sheep2:"+sheep2.toString());
    }
}


测试结果:


image.png


ps: 深拷贝,大家理解意思后,其实应该清楚,实现的方式很多种,那么还有哪些方式实现呢? 不妨自己探索下。


好了,该篇就到此。

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