java深拷贝和浅拷贝

2023-08-13 22:08:10

原文：https://mp.weixin.qq.com/s/ypCIMGxyp7AX5cxG5UJ1Hg

值类型 vs 引用类型

这两个概念的准确区分，对于深、浅拷贝问题的理解非常重要。

正如Java圣经《Java编程思想》第二章的标题所言，在Java中一切都可以视为对象！

所以来到Java的世界，我们要习惯用引用去操作对象。在Java中，像数组、类Class、枚举Enum、Integer包装类等等，就是典型的引用类型，所以操作时一般来说采用的也是引用传递的方式；

但是Java的语言级基础数据类型，诸如int这些基本类型，操作时一般采取的则是值传递的方式，所以有时候也称它为值类型。

为了便于下文的讲述和举例，我们这里先定义两个类：Student和Major，分别表示「学生」以及「所学的专业」，二者是包含关系：

// 学生的所学专业
public class Major {
    private String majorName; // 专业名称
    private long majorId;     // 专业代号
    
    // ... 其他省略 ...
}

// 学生
public class Student {
    private String name;  // 姓名
    private int age;      // 年龄
    private Major major;  // 所学专业
    
    // ... 其他省略 ...
}

赋值 vs 浅拷贝 vs 深拷贝

对象赋值

赋值是日常编程过程中最常见的操作，最简单的比如：

Student codeSheep = new Student();
Student codePig = codeSheep;

严格来说，这种不能算是对象拷贝，因为拷贝的仅仅只是引用关系，并没有生成新的实际对象：

浅拷贝

浅拷贝属于对象克隆方式的一种，重要的特性体现在这个 「浅」 字上。

比如我们试图通过studen1实例，拷贝得到student2，如果是浅拷贝这种方式，大致模型可以示意成如下所示的样子：

很明显，值类型的字段会复制一份，而引用类型的字段拷贝的仅仅是引用地址，而该引用地址指向的实际对象空间其实只有一份。

一图胜前言，我想上面这个图已经表现得很清楚了。

深拷贝

深拷贝相较于上面所示的浅拷贝，除了值类型字段会复制一份，引用类型字段所指向的对象，会在内存中也创建一个副本，就像这个样子：

原理很清楚明了，下面来看看具体的代码实现吧。

浅拷贝代码实现

还以上文的例子来讲，我想通过student1拷贝得到student2，浅拷贝的典型实现方式是：让被复制对象的类实现Cloneable接口，并重写clone()方法即可。

以上面的Student类拷贝为例：

public class Student implements Cloneable {

    private String name;  // 姓名
    private int age;      // 年龄
    private Major major;  // 所学专业

    @Override
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
    
    // ... 其他省略 ...

}

然后我们写个测试代码，一试便知：

public class Test {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

        Major m = new Major("计算机科学与技术",666666);
        Student student1 = new Student( "CodeSheep", 18, m );
        
        // 由 student1 拷贝得到 student2
        Student student2 = (Student) student1.clone();

        System.out.println( student1 == student2 );
        System.out.println( student1 );
        System.out.println( student2 );
        System.out.println( "\n" );

        // 修改student1的值类型字段
        student1.setAge( 35 );
        
        // 修改student1的引用类型字段
        m.setMajorName( "电子信息工程" );
        m.setMajorId( 888888 );

        System.out.println( student1 );
        System.out.println( student2 );

    }
}

运行得到如下结果：

从结果可以看出：

student1==student2打印false，说明clone()方法的确克隆出了一个新对象；
修改值类型字段并不影响克隆出来的新对象，符合预期；
而修改了student1内部的引用对象，克隆对象student2也受到了波及，说明内部还是关联在一起的

深拷贝代码实现

深度遍历式拷贝

虽然clone()方法可以完成对象的拷贝工作，但是注意：clone()方法默认是浅拷贝行为，就像上面的例子一样。若想实现深拷贝需覆写 clone()方法实现引用对象的深度遍历式拷贝，进行地毯式搜索。

所以对于上面的例子，如果想实现深拷贝，首先需要对更深一层次的引用类Major做改造，让其也实现Cloneable接口并重写clone()方法：

public class Major implements Cloneable {

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
    
    // ... 其他省略 ...
}

其次我们还需要在顶层的调用类中重写clone方法，来调用引用类型字段的clone()方法实现深度拷贝，对应到本文那就是Student类：

public class Student implements Cloneable {

    @Override
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Student student = (Student) super.clone();
        student.major = (Major) major.clone(); // 重要！！！
        return student;
    }
    
    // ... 其他省略 ...
}

这时候上面的测试用例不变，运行可得结果：

很明显，这时候student1和student2两个对象就完全独立了，不受互相的干扰。

利用反序列化实现深拷贝

利用反序列化技术，我们也可以从一个对象深拷贝出另一个复制对象，而且这货在解决多层套娃式的深拷贝问题时效果出奇的好。

所以我们这里改造一下Student类，让其clone()方法通过序列化和反序列化的方式来生成一个原对象的深拷贝副本：

public class Student implements Serializable {

    private String name;  // 姓名
    private int age;      // 年龄
    private Major major;  // 所学专业

    public Student clone() {
        try {
            // 将对象本身序列化到字节流
            ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream objectOutputStream =
                    new ObjectOutputStream( byteArrayOutputStream );
            objectOutputStream.writeObject( this );

            // 再将字节流通过反序列化方式得到对象副本
            ObjectInputStream objectInputStream =
                    new ObjectInputStream( new ByteArrayInputStream( byteArrayOutputStream.toByteArray() ) );
            return (Student) objectInputStream.readObject();

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return null;
    }
    
    // ... 其他省略 ...
}

当然这种情况下要求被引用的子类（比如这里的Major类）也必须是可以序列化的，即实现了Serializable接口：

public class Major implements Serializable {
  
  // ... 其他省略 ...
    
}

这时候测试用例完全不变，直接运行，也可以得到如下结果：

很明显，这时候student1和student2两个对象也是完全独立的，不受互相的干扰，深拷贝完成。

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