Object中的clone方法

2022-08-03 16:51:02

Java中对象的创建

clone顾名思义就是复制，在Java语言中， clone方法被对象调用，所以会复制对象。所谓的复制对象，首先要分配一个和源对象同样大小的空间，在这个空间中创建一个新的对象。那么在java语言中，有几种方式可以创建对象呢？

1 使用new操作符创建一个对象

2 使用clone方法复制一个对象

那么这两种方式有什么相同和不同呢？ new操作符的本意是分配内存。程序执行到new操作符时，首先去看new操作符后面的类型，因为知道了类型，才能知道要分配多大的内存空间。分配完内存之后，再调用构造函数，填充对象的各个域，这一步叫做对象的初始化，构造方法返回后，一个对象创建完毕，可以把他的引用（地址）发布到外部，在外部就可以使用这个引用操纵这个对象。而clone在第一步是和new相似的，都是分配内存，调用clone方法时，分配的内存和源对象（即调用clone方法的对象）相同，然后再使用原对象中对应的各个域，填充新对象的域，
填充完成之后，clone方法返回，一个新的相同的对象被创建，同样可以把这个新对象的引用发布到外部。

复制对象 or 复制引用

在Java中，以下类似的代码非常常见：

Person p = new Person(23, “zhang”);
Person p1 = p;
System.out.println(p);
System.out.println(p1);



        Person p = new Person(23, "zhang");

        Person p1 = p;

        System.out.println(p);

        System.out.println(p1);

当Person p1 = p;执行之后，是创建了一个新的对象吗？首先看打印结果：

com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac

可已看出，打印的地址值是相同的，既然地址都是相同的，那么肯定是同一个对象。p和p1只是引用而已，他们都指向了一个相同的对象Person(23, “zhang”) 。可以把这种现象叫做引用的复制。（关于引用和对象的区分，可以参考我之前的文章Java中的String为什么是不可变的？
– String源码分析，其中有一节讲到了引用和对象的区分）。上面代码执行完成之后，内存中的情景如下图所示：

而下面的代码是真真正正的克隆了一个对象。

       Person p = new Person(23, "zhang");

        Person p1 = (Person) p.clone();

        System.out.println(p);

        System.out.println(p1);

从打印结果可以看出，两个对象的地址是不同的，也就是说创建了新的对象，而不是把原对象的地址赋给了一个新的引用变量：

com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@67f1fba0

以上代码执行完成后，内存中的情景如下图所示：

深拷贝 or 浅拷贝

上面的示例代码中，Person中有两个成员变量，分别是name和age， name是String类型， age是int类型。代码非常简单，如下所示：

public class Person implements Cloneable{

    private int age ;

    private String name;

    public Person(int age, String name) {

        this.age = age;

        this.name = name;

    }

    public Person() {}

    public int getAge() {

        return age;

    }

    public String getName() {

        return name;

    }

    @Override

    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

        return (Person)super.clone();

    }

}

由于age是基本数据类型，那么对它的拷贝没有什么疑议，直接将一个4字节的整数值拷贝过来就行。但是name是String类型的，它只是一个引用，指向一个真正的String对象，那么对它的拷贝有两种方式：直接将源对象中的name的引用值拷贝给新对象的name字段，或者是根据原Person对象中的name指向的字符串对象创建一个新的相同的字符串对象，将这个新字符串对象的引用赋给新拷贝的Person对象的name字段。这两种拷贝方式分别叫做浅拷贝和深拷贝。深拷贝和浅拷贝的原理如下图所示：

下面通过代码进行验证。如果两个Person对象的name的地址值相同，说明两个对象的name都指向同一个String对象，也就是浅拷贝，而如果两个对象的name的地址值不同，那么就说明指向不同的String对象，也就是在拷贝Person对象的时候，同时拷贝了name引用的String对象，也就是深拷贝。验证代码如下：

    Person p = new Person(23, "zhang");

        Person p1 = (Person) p.clone();

        String result = p.getName() == p1.getName()

   ？ "clone是浅拷贝的" : "clone是深拷贝的";

        System.out.println(result);

打印结果为：

clone是浅拷贝的

所以，clone方法执行的是浅拷贝，在编写程序时要注意这个细节。

覆盖Object中的clone方法，实现深拷贝

现在为了要在clone对象时进行深拷贝，那么就要Clonable接口，覆盖并实现clone方法，除了调用父类中的clone方法得到新的对象，还要将该类中的引用变量也clone出来。如果只是用Object中默认的clone方法，是浅拷贝的，再次以下面的代码验证：

   static class Body implements Cloneable{

        public Head head;

        public Body() {}

        public Body(Head head) {this.head = head;}

        @Override

        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

            return super.clone();

        }

    }

    static class Head /*implements Cloneable*/{

        public  Face face;

        public Head() {}

        public Head(Face face){this.face = face;}

    }

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

        Body body = new Body(new Head());

        Body body1 = (Body) body.clone();

        System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) );

        System.out.println("body.head == body1.head : " +  (body.head == body1.head));

    }

在以上代码中，有两个主要的类，分别为Body和Face，在Body类中，组合了一个Face对象。当对Body对象进行clone时，它组合的Face对象只进行浅拷贝。打印结果可以验证该结论：

body == body1 : false
body.head == body1.head : true

如果要使Body对象在clone时进行深拷贝，那么就要在Body的clone方法中，将源对象引用的Head对象也clone一份。

    static class Body implements Cloneable{

        public Head head;

        public Body() {}

        public Body(Head head) {this.head = head;}

        @Override

        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

            Body newBody =  (Body) super.clone();

            newBody.head = (Head) head.clone();

            return newBody;

        }

    }

    static class Head implements Cloneable{

        public  Face face;

        public Head() {}

        public Head(Face face){this.face = face;}

        @Override

        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

            return super.clone();

        }

    }

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

        Body body = new Body(new Head());

        Body body1 = (Body) body.clone();

        System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) );

        System.out.println("body.head == body1.head : " +  (body.head == body1.head));

    }

打印结果为：

body == body1 : false
body.head == body1.head : false

由此可见， body和body1内的head引用指向了不同的Head对象，也就是说在clone Body对象的同时，也拷贝了它所引用的Head对象，进行了深拷贝。

真的是深拷贝吗

由上一节的内容可以得出如下结论：如果想要深拷贝一个对象，这个对象必须要实现Cloneable接口，实现clone方法，并且在clone方法内部，把该对象引用的其他对象也要clone一份，这就要求这个被引用的对象必须也要实现Cloneable接口并且实现clone方法。

那么，按照上面的结论， Body类组合了Head类，而Head类组合了Face类，要想深拷贝Body类，必须在Body类的clone方法中将Head类也要拷贝一份，但是在拷贝Head类时，默认执行的是浅拷贝，也就是说Head中组合的Face对象并不会被拷贝。验证代码如下：（这里本来只给出Face类的代码就可以了，但是为了阅读起来具有连贯性，避免丢失上下文信息，还是给出整个程序，整个程序也非常简短）

   static class Body implements Cloneable{

        public Head head;

        public Body() {}

        public Body(Head head) {this.head = head;}

        @Override

        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

            Body newBody =  (Body) super.clone();

            newBody.head = (Head) head.clone();

            return newBody;

        }

    }

    static class Head implements Cloneable{

        public  Face face;

        public Head() {}

        public Head(Face face){this.face = face;}

        @Override

        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

            return super.clone();

        }

    } 

    static class Face{}

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

        Body body = new Body(new Head(new Face()));

        Body body1 = (Body) body.clone();

        System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) );

        System.out.println("body.head == body1.head : " +  (body.head == body1.head));

        System.out.println("body.head.face == body1.head.face : " +  (body.head.face == body1.head.face));

    }

打印结果为：

body == body1 : false
body.head == body1.head : false
body.head.face == body1.head.face : true

内存结构图如下图所示：

那么，对Body对象来说，算是这算是深拷贝吗？其实应该算是深拷贝，因为对Body对象内所引用的其他对象（目前只有Head）都进行了拷贝，也就是说两个独立的Body对象内的head引用已经指向了独立的两个Head对象。但是，这对于两个Head对象来说，他们指向了同一个Face对象，这就说明，两个Body对象还是有一定的联系，并没有完全的独立。这应该说是一种不彻底的深拷贝。

如何进行彻底的深拷贝

对于上面的例子来说，怎样才能保证两个Body对象完全独立呢？只要在拷贝Head对象的时候，也将Face对象拷贝一份就可以了。这需要让Face类也实现Cloneable接口，实现clone方法，并且在在Head对象的clone方法中，拷贝它所引用的Face对象。修改的部分代码如下：

   static class Head implements Cloneable{

        public  Face face;

        public Head() {}

        public Head(Face face){this.face = face;}

        @Override

        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

            //return super.clone();

            Head newHead = (Head) super.clone();

            newHead.face = (Face) this.face.clone();

            return newHead;

        }

    } 

    static class Face implements Cloneable{

        @Override

        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

            return super.clone();

        }

    }

再次运行上面的示例，得到的运行结果如下：

body == body1 : false
body.head == body1.head : false
body.head.face == body1.head.face : false

这说名两个Body已经完全独立了，他们间接引用的face对象已经被拷贝，也就是引用了独立的Face对象。内存结构图如下：

依此类推，如果Face对象还引用了其他的对象，比如说Mouth，如果不经过处理，Body对象拷贝之后还是会通过一级一级的引用，引用到同一个Mouth对象。同理，如果要让Body在引用链上完全独立，只能显式的让Mouth对象也被拷贝。

到此，可以得到如下结论：如果在拷贝一个对象时，要想让这个拷贝的对象和源对象完全彼此独立，那么在引用链上的每一级对象都要被显式的拷贝。所以创建彻底的深拷贝是非常麻烦的，尤其是在引用关系非常复杂的情况下，或者在引用链的某一级上引用了一个第三方的对象，而这个对象没有实现clone方法，那么在它之后的所有引用的对象都是被共享的。举例来说，如果被Head引用的Face类是第三方库中的类，并且没有实现Cloneable接口，那么在Face之后的所有对象都会被拷贝前后的两个Body对象共同引用。假设Face对象内部组合了Mouth对象，并且Mouth对象内部组合了Tooth对象，
内存结构如下图：

写在最后

实现Serializable接口，通过对象的序列化和反序列化实现克隆，可以实现真正的深度克隆，代码如下。

import java.io.ByteArrayInputStream;

import java.io.ByteArrayOutputStream;

import java.io.ObjectInputStream;

import java.io.ObjectOutputStream;

import java.io.Serializable;

public class MyUtil {

    private MyUtil() {

        throw new AssertionError();

    }

    @SuppressWarnings("unchecked")

    public static <T extends Serializable> T clone(T obj) throws Exception {

        ByteArrayOutputStream bout = new ByteArrayOutputStream();

        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bout);

        oos.writeObject(obj);

        ByteArrayInputStream bin = new ByteArrayInputStream(bout.toByteArray());

        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bin);

        return (T) ois.readObject();

        // 说明：调用ByteArrayInputStream或ByteArrayOutputStream对象的close方法没有任何意义

        // 这两个基于内存的流只要垃圾回收器清理对象就能够释放资源，这一点不同于对外部资源（如文件流）的释放

    }

}

下面是测试代码：

import java.io.Serializable;

/**

 * 人类

 * @author 骆昊

 *

 */

class Person implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = -9102017020286042305L;

    private String name;    // 姓名

    private int age;        // 年龄

    private Car car;        // 座驾

    public Person(String name, int age, Car car) {

        this.name = name;

        this.age = age;

        this.car = car;

    }

    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 Car getCar() {

        return car;

    }

    public void setCar(Car car) {

        this.car = car;

    }

    @Override

    public String toString() {

        return "Person [name=" + name + ", age=" + age + ", car=" + car + "]";

    }

}

/**

 * 小汽车类

 * @author 骆昊

 *

 */

class Car implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = -5713945027627603702L;

    private String brand;       // 品牌

    private int maxSpeed;       // 最高时速

    public Car(String brand, int maxSpeed) {

        this.brand = brand;

        this.maxSpeed = maxSpeed;

    }

    public String getBrand() {

        return brand;

    }

    public void setBrand(String brand) {

        this.brand = brand;

    }

    public int getMaxSpeed() {

        return maxSpeed;

    }

    public void setMaxSpeed(int maxSpeed) {

        this.maxSpeed = maxSpeed;

    }

    @Override

    public String toString() {

        return "Car [brand=" + brand + ", maxSpeed=" + maxSpeed + "]";

    }

}

class CloneTest {

    public static void main(String[] args) {

        try {

            Person p1 = new Person("Hao LUO", 33, new Car("Benz", 300));

            Person p2 = MyUtil.clone(p1);   // 深度克隆

            p2.getCar().setBrand("BYD");

            // 修改克隆的Person对象p2关联的汽车对象的品牌属性

            // 原来的Person对象p1关联的汽车不会受到任何影响

            // 因为在克隆Person对象时其关联的汽车对象也被克隆了

            System.out.println(p1);

        } catch (Exception e) {

            e.printStackTrace();

        }

    }

}
注意：基于序列化和反序列化实现的克隆不仅仅是深度克隆，更重要的是通过泛型限定，可以检查出要克隆的对象是否支持序列化，
这项检查是编译器完成的，不是在运行时抛出异常，这种是方案明显优于使用Object类的clone方法克隆对象。
让问题在编译的时候暴露出来总是好过把问题留到运行时。

参考文献：https://blog.csdn.net/it_zkc/article/details/73733527

　　　　https://www.cnblogs.com/xuxinstyle/p/9318394.html

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深拷贝 or 浅拷贝

覆盖Object中的clone方法， 实现深拷贝

真的是深拷贝吗

如何进行彻底的深拷贝

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