Java中對(duì)象的克隆詳解

更新時(shí)間：2023年08月02日 08:51:49 作者：王雀躍

這篇文章主要介紹了Java中對(duì)象的克隆詳解,Java中對(duì)象的復(fù)制分為淺復(fù)制與深復(fù)制的不同之處就在于深復(fù)制還會(huì)復(fù)制對(duì)象的引用對(duì)象,需要的朋友可以參考下

Java對(duì)象克隆(復(fù)制)

假如想復(fù)制一個(gè)簡(jiǎn)單變量。很簡(jiǎn)單：

int apples = 5;
int pears = apples;

不僅int類(lèi)型，其它七種原始數(shù)據(jù)類(lèi)型(boolean,char,byte,short,float,double.long)同樣適用于該類(lèi)情況。

但是如果你復(fù)制的是一個(gè)對(duì)象，情況就復(fù)雜了。

假設(shè)說(shuō)我是一個(gè)beginner，我會(huì)這樣寫(xiě)：

class Student {  
    private int number;  
    public int getNumber() {  
        return number;  
    }  
    public void setNumber(int number) {  
        this.number = number;  
    }  
}  
public class Test {  
    public static void main(String args[]) {  
        Student stu1 = new Student();  
        stu1.setNumber(12345);  
        Student stu2 = stu1;  
        System.out.println("學(xué)生1:" + stu1.getNumber());  
        System.out.println("學(xué)生2:" + stu2.getNumber());  
    }  
}

結(jié)果：

學(xué)生1:12345

學(xué)生2:12345

這里自定義學(xué)生類(lèi)，該類(lèi)只有number字段。

我們新建了一個(gè)學(xué)生實(shí)例，然后將該值賦值給stu2實(shí)例。(Student stu2 = stu1;)

再看看打印結(jié)果，作為一個(gè)新手，拍了拍胸腹，對(duì)象復(fù)制不過(guò)如此，

難道真的是這樣嗎？

我們?cè)囍淖僺tu2實(shí)例的number字段，再打印結(jié)果看看：

stu2.setNumber(54321);  
System.out.println("學(xué)生1:" + stu1.getNumber()); // 學(xué)生1:54321  
System.out.println("學(xué)生2:" + stu2.getNumber()); // 學(xué)生2:54321

為什么改變學(xué)生2的學(xué)號(hào)，學(xué)生1的學(xué)號(hào)也發(fā)生變化？

原因出在(stu2 = stu1) 這一句。該語(yǔ)句是將stu1的引用賦值給stu2，

這樣，stu1和stu2指向內(nèi)存堆中同一個(gè)對(duì)象。如圖：

那么，怎樣才能達(dá)到復(fù)制一個(gè)對(duì)象呢？

是否記得萬(wàn)類(lèi)之王Object。它有11個(gè)方法，有兩個(gè)protected的方法，其中一個(gè)為clone方法。

在Java中所有的類(lèi)都是繼承自Java語(yǔ)言包中的Object類(lèi)的，查看它的源碼，發(fā)現(xiàn)里面有一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)限定符為protected的方法clone()：

/*
Creates and returns a copy of this object. The precise meaning of "copy" may depend on the class of the object.
The general intent is that, for any object x, the expression:
1) x.clone() != x will be true
2) x.clone().getClass() == x.getClass() will be true, but these are not absolute requirements.
3) x.clone().equals(x) will be true, this is not an absolute requirement.
*/
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

仔細(xì)一看，它還是一個(gè)native方法，大家都知道native方法是非Java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的代碼，供Java程序調(diào)用的，因?yàn)镴ava程序運(yùn)行在JVM虛擬機(jī)上，要想訪(fǎng)問(wèn)比較底層與操作系統(tǒng)相關(guān)的就沒(méi)辦法，只能由靠近操作系統(tǒng)的語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。

第一次聲明保證克隆對(duì)象將有單獨(dú)的內(nèi)存地址分配。
第二次聲明表明，原始和克隆的對(duì)象應(yīng)該具有相同的類(lèi)類(lèi)型，但它不是強(qiáng)制性的。
第三聲明表明，原始和克隆的對(duì)象應(yīng)該是平等的equals()方法使用，但它不是強(qiáng)制性的。

因?yàn)槊總€(gè)類(lèi)直接或間接的父類(lèi)都是Object，因此它們都含有clone()方法，但是因?yàn)樵摲椒ㄊ莗rotected，所以都不能在類(lèi)外進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

要想對(duì)一個(gè)對(duì)象進(jìn)行復(fù)制，就需對(duì)clone方法覆蓋。

為什么要克隆？

為什么需要克隆對(duì)象？直接new一個(gè)對(duì)象不行嗎？

答案是：克隆的對(duì)象可能包含一些已修改過(guò)的屬性，而new出來(lái)的對(duì)象的屬性都是初始化時(shí)的值，所以當(dāng)需要一個(gè)新的對(duì)象來(lái)保存當(dāng)前對(duì)象的“狀態(tài)”就靠clone方法。

那把這個(gè)對(duì)象的臨時(shí)屬性一個(gè)個(gè)賦值給新new的對(duì)象不也行嘛？可以是可以，但是一來(lái)麻煩不說(shuō)，二來(lái)，通過(guò)上面的源碼都發(fā)現(xiàn)clone是一個(gè)native方法，就是快，在底層實(shí)現(xiàn)。

提個(gè)醒，我們常見(jiàn)的Object a=new Object();Object b;b=a;這種形式的代碼復(fù)制的是引用，即對(duì)象在內(nèi)存中的地址，a和b對(duì)象仍指向同一個(gè)對(duì)象。

而通過(guò)clone方法賦值的對(duì)象跟原來(lái)的對(duì)象是同時(shí)獨(dú)立存在的。

如何實(shí)現(xiàn)克隆

介紹下兩種不同的克隆方法，淺克隆(ShallowClone)和深克隆(DeepClone)。

Java語(yǔ)言中，數(shù)據(jù)類(lèi)型分為值類(lèi)型（基本數(shù)據(jù)類(lèi)型）和引用類(lèi)型，值類(lèi)型包括int、double、byte、boolean、char等簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類(lèi)型，引用類(lèi)型包括類(lèi)、接口、數(shù)組等復(fù)雜類(lèi)型。淺克隆和深克隆的主要區(qū)別在于是否支持引用類(lèi)型的成員變量的復(fù)制，下面將對(duì)兩者進(jìn)行詳細(xì)介紹。

一般步驟是（淺克隆）：

1. 被復(fù)制的類(lèi)需實(shí)現(xiàn)Clonenable接口（不實(shí)現(xiàn)的話(huà)在調(diào)用clone方法會(huì)拋出CloneNotSupportedException異常)，該接口為標(biāo)記接口(不含任何方法)

2. 覆蓋clone()方法，訪(fǎng)問(wèn)修飾符設(shè)為public。方法中調(diào)用super.clone()方法得到需要的復(fù)制對(duì)象。（native為本地方法)

下面對(duì)上面那個(gè)方法進(jìn)行改造：

class Student implements Cloneable{  
    private int number;  
    public int getNumber() {  
        return number;  
    }  
    public void setNumber(int number) {  
        this.number = number;  
    }  
    @Override  
    public Object clone() {  
        Student stu = null;  
        try{  
            stu = (Student)super.clone();  
        }catch(CloneNotSupportedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return stu;  
    }  
}  
public class Test {  
    public static void main(String args[]) {  
        Student stu1 = new Student();  
        stu1.setNumber(12345);  
        Student stu2 = (Student)stu1.clone();  
        System.out.println("學(xué)生1:" + stu1.getNumber()); // 學(xué)生1:12345  
        System.out.println("學(xué)生2:" + stu2.getNumber()); // 學(xué)生2:12345  
        stu2.setNumber(54321);  
        System.out.println("學(xué)生1:" + stu1.getNumber()); // 學(xué)生1:12345  
        System.out.println("學(xué)生2:" + stu2.getNumber()); // 學(xué)生2:54321
    }  
}

如果還不相信這兩個(gè)對(duì)象不是同一個(gè)對(duì)象，可以看看這一句：

System.out.println(stu1 == stu2); // false

上面被稱(chēng)為淺克隆。

還有一種復(fù)雜的深度復(fù)制：

我們?cè)趯W(xué)生類(lèi)里再加一個(gè)Address類(lèi)。

class Address  {
    private String add;
    public String getAdd() {
        return add;
    }
    public void setAdd(String add) {
        this.add = add;
    }
}
class Student implements Cloneable{
    private int number;
    private Address addr;
    public Address getAddr() {
        return addr;
    }
    public void setAddr(Address addr) {
        this.addr = addr;
    }
    public int getNumber() {
        return number;
    }
    public void setNumber(int number) {
        this.number = number;
    }
    @Override
    public Object clone() {
        Student stu = null;
        try{
            stu = (Student)super.clone();
        }catch(CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return stu;
    }
}
public class Test {
    public static void main(String args[]) {
        Address addr = new Address();
        addr.setAdd("杭州市");
        Student stu1 = new Student();
        stu1.setNumber(123);
        stu1.setAddr(addr);
        Student stu2 = (Student)stu1.clone();
        System.out.println("學(xué)生1:" + stu1.getNumber() + ",地址:" + stu1.getAddr().getAdd());
        System.out.println("學(xué)生2:" + stu2.getNumber() + ",地址:" + stu2.getAddr().getAdd());
    }
}

結(jié)果：

學(xué)生1:123,地址:杭州市

學(xué)生2:123,地址:杭州市

乍一看沒(méi)問(wèn)題，真的是這樣嗎？在main方法中改變addr實(shí)例的地址。

addr.setAdd("西湖區(qū)");  
System.out.println("學(xué)生1:" + stu1.getNumber() + ",地址:" + stu1.getAddr().getAdd());  
System.out.println("學(xué)生2:" + stu2.getNumber() + ",地址:" + stu2.getAddr().getAdd());

結(jié)果：

學(xué)生1:123,地址:杭州市
學(xué)生2:123,地址:杭州市
學(xué)生1:123,地址:西湖區(qū)
學(xué)生2:123,地址:西湖區(qū)

這就奇怪了，怎么兩個(gè)學(xué)生的地址都改變了？

原因是淺復(fù)制只復(fù)制addr變量的引用，并沒(méi)有真正的開(kāi)辟另一塊空間，將值復(fù)制后再將引用返回給新對(duì)象。

所以，為了達(dá)到真正的復(fù)制對(duì)象，而不是純粹引用復(fù)制。需要將Address類(lèi)可復(fù)制化，并且修改clone方法，完整代碼如下：

class Address implements Cloneable {
    private String add;
    public String getAdd() {
        return add;
    }
    public void setAdd(String add) {
        this.add = add;
    }
    @Override
    public Object clone() {
        Address addr = null;
        try{
            addr = (Address)super.clone();
        }catch(CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return addr;
    }
}
class Student implements Cloneable{
    private int number;
    private Address addr;
    public Address getAddr() {
        return addr;
    }
    public void setAddr(Address addr) {
        this.addr = addr;
    }
    public int getNumber() {
        return number;
    }
    public void setNumber(int number) {
        this.number = number;
    }
    @Override
    public Object clone() {
        Student stu = null;
        try{
            stu = (Student)super.clone();   //淺復(fù)制
        }catch(CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        stu.addr = (Address)addr.clone();   //深度復(fù)制
        return stu;
    }
}
public class Test {
    public static void main(String args[]) {
        Address addr = new Address();
        addr.setAdd("杭州市");
        Student stu1 = new Student();
        stu1.setNumber(123);
        stu1.setAddr(addr);
        Student stu2 = (Student)stu1.clone();
        System.out.println("學(xué)生1:" + stu1.getNumber() + ",地址:" + stu1.getAddr().getAdd());
        System.out.println("學(xué)生2:" + stu2.getNumber() + ",地址:" + stu2.getAddr().getAdd());
        addr.setAdd("西湖區(qū)");
        System.out.println("學(xué)生1:" + stu1.getNumber() + ",地址:" + stu1.getAddr().getAdd());
        System.out.println("學(xué)生2:" + stu2.getNumber() + ",地址:" + stu2.getAddr().getAdd());
    }
}

結(jié)果：