Java中如何克隆集合——ArrayList和HashSet深拷貝

　　編程人員經常誤用各個集合類提供的拷貝構造函數作為克隆List，Set，ArrayList，HashSet或者其他集合實現的方法。需要記住的是，Java集合的拷貝構造函數只提供淺拷貝而不是深拷貝，這意味着存儲在原始List和克隆List中的對象是相同的，指向Java堆內存中相同的位置。增加了這個誤解的原因之一是對於不可變對象集合的淺克隆。由於不可變性，即使兩個集合指向相同的對象是可以的。字符串池包含的字符串就是這種情況，更改一個不會影響到另一個。使用ArrayList的拷貝構造函數創建雇員List的拷貝時就會出現問題，Employee類不是不可變的。在這種情況下，如果原始集合修改了雇員信息，這個變化也將反映到克隆集合。同樣如果克隆集合雇員信息發生變化，原始集合也會被更改。絕大多數情況下，這種變化不是我們所希望的，克隆對象應該與原始對象獨立。解決這個問題的方法是深克隆集合，深克隆將遞歸克隆對象直到基本數據類型或者不可變類。本文將了解一下深拷貝ArrayList或者HashSet等集合類的一種方法。如果你了解深拷貝與淺拷貝之間的區別，那么理解集合深克隆的方法就會很簡單。

Java集合的深克隆

下面例子有一個Employee集合，Employee是可變對象，成員變量name和designation。它們存儲在HashSet中。使用java.util.Collection接口的addAll()方法創建集合拷貝。然后修改存儲在原始集合每個Employee對象的designation值。理想情況下這個改變不會影響克隆集合，因為克隆集合和原始集合應該相互獨立，但是克隆集合也被改變了。修正這個問題的方法是對存儲在Collection類中的元素深克隆。

/**
 * 
 * @ClassName: CollectionCloningTest
 * TODO
 * @author xingle
 * @date 2015-3-20 下午3:32:22
 */
public class CollectionCloningTest {
    
    public static void main(String[] args){
        ArrayList<Employee> org = new ArrayList<Employee>();
        org.add(new Employee("Joe", "Manager")); 
        org.add(new Employee("Tim", "Developer")); 
        org.add(new Employee("Frank", "Developer")); 
               
        Collection<Employee> copy = new HashSet<>(org);                
        
        System.out.println("原來的集合： "+org);
        System.out.println("復制的集合： "+copy);
        
        Iterator<Employee> orgItr = org.iterator();
        while(orgItr.hasNext()){ 
            orgItr.next().setDesignation("staff"); 
            
        }

        System.out.println("修改后原來的集合： "+org);
        System.out.println("修改后復制的集合： "+copy);
    }

}


class Employee { 
    private String name; 
    private String designation; 
     
    public Employee(String name, String designation) { 
        this.name = name; 
        this.designation = designation; 
    } 
     
    public String getDesignation() { 
        return designation; 
    } 
 
    public void setDesignation(String designation) { 
        this.designation = designation; 
    } 
 
    public String getName() { 
        return name; 
    } 
 
    public void setName(String name) { 
        this.name = name; 
    } 
 
    @Override
    public String toString() { 
        return String.format("%s: %s", name, designation ); 
    } 

}

執行結果：

 

可以看到改變原始Collection中Employee對象(改變designation為”staff“)在克隆集合中也有所反映，因為克隆是淺拷貝，指向堆中相同的Employee對象。為了修正這個問題，需要遍歷集合，深克隆Employee對象，在這之前，要重寫Employee對象的clone方法。

1)Employee實現Cloneable接口
2)為Employee類增加下面的clone()方法

3)不使用拷貝構造函數，使用下面的代碼來深拷貝集合

public class CollectionCloningTest {
    
    public static void main(String[] args){
        ArrayList<Employee> org = new ArrayList<Employee>();
        org.add(new Employee("Joe", "Manager")); 
        org.add(new Employee("Tim", "Developer")); 
        org.add(new Employee("Frank", "Developer")); 
               
       //Collection<Employee> copy = new HashSet<>(org);
       Collection<Employee> copy = new HashSet<Employee>(org.size()); 
                
        
        System.out.println("原來的集合： "+org);
        System.out.println("復制的集合： "+copy);
        
        Iterator<Employee> orgItr = org.iterator();
        while(orgItr.hasNext()){ 
            //orgItr.next().setDesignation("staff"); 
            copy.add(orgItr.next().clone());   
            
        }
        

        Iterator<Employee> orgItr2 = org.iterator();
        while(orgItr2.hasNext()){ 
            orgItr2.next().setDesignation("staff"); 
        } 
        System.out.println("修改后原來的集合： "+org);
        System.out.println("修改后復制的集合： "+copy);
    }

}


class Employee implements Cloneable{ 
    private String name; 
    private String designation; 
     
    public Employee(String name, String designation) { 
        this.name = name; 
        this.designation = designation; 
    } 
     
    public String getDesignation() { 
        return designation; 
    } 
 
    public void setDesignation(String designation) { 
        this.designation = designation; 
    } 
 
    public String getName() { 
        return name; 
    } 
 
    public void setName(String name) { 
        this.name = name; 
    } 
 
    @Override
    public String toString() { 
        return String.format("%s: %s", name, designation ); 
    } 
    
    @Override
    protected Employee clone(){
        try {
            Employee result = (Employee) super.clone();
            return result;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
             throw new RuntimeException(e); // won't happen 
        }
        
    }
}

 

執行結果：

可以看到克隆集合和原始集合相互獨立，它們指向不同的對象。

這就是Java中如何克隆集合的內容。現在我們知道拷貝構造函數或者List或Set等各種集合類的addAll()方法僅僅創建了集合的淺拷貝，而且原始集合和克隆集合指向相同的對象。為避免這個問題，應該深克隆集合，遍歷集合克隆每個元素。盡管這要求集合中的對象必須支持深克隆操作。