深浅克隆面试题汇总——附详细答案

2021-10-19 13:18:54

在开始学习深克隆和浅克隆之前，我们先来看下面代码，有什么问题？

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：
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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。

一、浅克隆

浅克隆的默认实现方法是 clone()，实现代码如下：

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：
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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：
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要处理引用类型不被复制的问题，就要使用到深克隆。

二、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

三、克隆相关面试题

1.使用克隆有什么好处？

答：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：

深浅克隆面试题汇总——附详细答案

2.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。

3.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。

4.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]

5.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。

6.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？

答：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。

7.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。

四、总结

调用 Object 类中的 clone() 方法默认是浅克隆，浅克隆只能复制值类型，不能复制引用类型，因此更多的场景下我们需要深克隆，深克隆通常的实现方式有两种：序列化方式或把所有的引用类型都实现克隆。

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特别说明：本文来自《Java面试题全解析》

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