java实现深拷贝和浅拷贝_深复制与浅复制的区别

java实现深拷贝和浅拷贝_深复制与浅复制的区别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

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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。【详解Java中的clone方法


引用的拷贝

    //引用拷贝
    private static void copyReferenceObject(){
        Person p = new Person(23, "zhang");
        Person p1 = p;
        System.out.println(p);
        System.out.println(p1);
    }

这里打印的结果:
com.yaolong.clone.Person@3654919e
com.yaolong.clone.Person@3654919e
可以看到,打印的结果是一样的,也就是说,二者的引用是同一个对象,并没有创建出一个新的对象。因此要区分引用拷贝和对象拷贝的区别,下面要介绍的就是对象拷贝。
java实现深拷贝和浅拷贝_深复制与浅复制的区别


浅拷贝

浅拷贝是按位拷贝对象,它会创建一个新对象,这个对象有着原始对象属性值的一份精确拷贝。如果属性是基本类型,拷贝的就是基本类型的值;如果属性是内存地址(引用类型),拷贝的就是内存地址 ,因此如果其中一个对象改变了这个地址,就会影响到另一个对象。

实现对象拷贝的类,必须实现Cloneable接口,并覆写clone()方法。
Persion类:

package com.yaolong.clone;

public class Person implements Cloneable{ 
   

    //private Integer age;
    private int age;//阿里规范中规定pojo类中的属性强制使用包装类型,这里只是测试

    private String name;

    public Person(Integer age, String name) {
        super();
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return super.toString();
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}
    //对象拷贝
    private static void copyRealObject() throws CloneNotSupportedException{
        Person p = new Person(23, "zhang");
        Person p1 = (Person) p.clone();      
        System.out.println(p);
        System.out.println(p1);
    }

这里打印的结果:
com.yaolong.clone.Person@28084850
com.yaolong.clone.Person@37c390b8
可以看出,二者的对象地址不一样,因此实现了拷贝。

java实现深拷贝和浅拷贝_深复制与浅复制的区别

但是还是有个问题,就是Person类中有一个String类型的引用对象name,它真的也被拷贝过去了吗,还是说依然是引用的是同一个name对象呢,在上面的代码基础上,我们继续打印:

        System.out.println("pName:"+p.getName().hashCode());
        System.out.println("p1Name:"+p1.getName().hashCode());

这里打印的结果:
pName:115864556
p1Name:115864556
可见,二者的name属性依然是指向同一个对象。上面故意将age属性改为int基本类型,因为基本数据类型是不存在引用问题。
这实际上就是典型的浅拷贝:
java实现深拷贝和浅拷贝_深复制与浅复制的区别

深拷贝的内存图:
java实现深拷贝和浅拷贝_深复制与浅复制的区别

由上可知,从Object中继承过来的clone默认实现的是浅拷贝。


深拷贝

深拷贝会拷贝所有的属性,并拷贝属性指向的动态分配的内存。当对象和它所引用的对象一起拷贝时即发生深拷贝。深拷贝相比于浅拷贝速度较慢并且花销较大。

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。

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
java实现深拷贝和浅拷贝_深复制与浅复制的区别

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。

java实现深拷贝和浅拷贝_深复制与浅复制的区别

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。

java实现深拷贝和浅拷贝_深复制与浅复制的区别

clone在平时项目的开发中可能用的不是很频繁,但是区分深拷贝和浅拷贝会让我们对java内存结构和运行方式有更深的了解。至于彻底深拷贝,几乎是不可能实现的,原因已经在上一节中进行了说明。深拷贝和彻底深拷贝,在创建不可变对象时,可能对程序有着微妙的影响,可能会决定我们创建的不可变对象是不是真的不可变。clone的一个重要的应用也是用于不可变对象的创建。


alibaba的规范手册

  1. 【强制】关于基本数据类型与包装数据类型的使用标准如下:
    1) 所有的 POJO 类属性必须使用包装数据类型。
    2) RPC 方法的返回值和参数必须使用包装数据类型。
    3) 所有的局部变量推荐使用基本数据类型。
    说明: POJO 类属性没有初值是提醒使用者在需要使用时,必须自己显式地进行赋值,任何NPE 问题,或者入库检查,都由使用者来保证。
    正例: 数据库的查询结果可能是 null,因为自动拆箱,用基本数据类型接收有 NPE 风险。反例: 某业务的交易报表上显示成交总额涨跌情况,即正负 x%, x 为基本数据类型,调用的RPC 服务,调用不成功时,返回的是默认值,页面显示: 0%,这是不合理的,应该显示成中划线-。所以包装数据类型的 null 值,能够表示额外的信息,如:远程调用失败,异常退出。

  2. 【推荐】慎用 Object 的 clone 方法来拷贝对象。
    说明: 对象的 clone 方法默认是浅拷贝,若想实现深拷贝需要重写 clone 方法实现属性对象的拷贝。

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