深入淺出Java中的clone克隆方法，寫得太棒了！

作者：張紀剛
blog.csdn.net/zhangjg_blog/article/details/18369201/
2019-03-24 10:33:04

Java中對象的創建

clone 顧名思義就是 復制 ， 在Java語言中， clone方法被對象調用，所以會復制對象。所謂的復制對象，首先要分配一個和源對象同樣大小的空間，在這個空間中創建一個新的對象。

我們回顧一下：在java語言中，有幾種方式可以創建對象呢？

1. 使用new操作符創建一個對象

2. 使用clone方法復制一個對象

那么這兩種方式有什么相同和不同呢？

new操作符的本意是分配內存。程序執行到new操作符時， 首先去看new操作符后面的類型，因為知道了類型，才能知道要分配多大的內存空間。分配完內存之后，再調用構造函數，填充對象的各個域，這一步叫做對象的初始化，構造方法返回后，一個對象創建完畢，可以把他的引用（地址）發布到外部，在外部就可以使用這個引用操縱這個對象。

而clone在第一步是和new相似的， 都是分配內存，調用clone方法時，分配的內存和源對象（即調用clone方法的對象）相同，然后再使用原對象中對應的各個域，填充新對象的域， 填充完成之后，clone方法返回，一個新的相同的對象被創建，同樣可以把這個新對象的引用發布到外部 。

復制對象 or 復制引用

在Java中，以下類似的代碼非常常見：

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

打印結果：

[e-mail]@2f9ee1ac

可以看出，打印的地址值是相同的，既然地址都是相同的，那么肯定是同一個對象。p和p1只是引用而已，他們都指向了一個相同的對象Person(23, "zhang") 。 可以把這種現象叫做 引用的復制 。

上面代碼執行完成之后， 內存中的情景如下圖所示：

而下面的代碼是真真正正的克隆了一個對象：

Person p = new Person(23, "zhang");
Person p1 = (Person) p.clone();
System.out.println(p);
System.out.println(p1);

打印結果:

[e-mail]@67f1fba0

以上代碼執行完成后， 內存中的情景如下圖所示：

深拷貝 or 淺拷貝

上面的示例代碼中，Person中有兩個成員變量，分別是name和age， name是String類型， age是int類型。代碼非常簡單，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();
    }
}

由於age是基本數據類型， 那么對它的拷貝沒有什么疑議，直接將一個4字節的整數值拷貝過來就行。但是name是String類型的， 它只是一個引用， 指向一個真正的String對象，那么對它的拷貝有兩種方式：

①直接將源對象中的name的引用值拷貝給新對象的name字段；

②根據原Person對象中的name指向的字符串對象創建一個新的相同的字符串對象，將這個新字符串對象的引用賦給新拷貝的Person對象的name字段。

這兩種拷貝方式分別叫做 淺拷貝 和 深拷貝 。

深拷貝和淺拷貝的原理如下圖所示：

下面通過代碼進行驗證。推薦閱讀：Java 中的 String 真的是不可變的嗎？

如果兩個Person對象的name的地址值相同， 說明兩個對象的name都指向同一個String對象， 也就是淺拷貝， 而如果兩個對象的name的地址值不同， 那么就說明指向不同的String對象， 也就是在拷貝Person對象的時候， 同時拷貝了name引用的String對象， 也就是深拷貝。驗證代碼如下：

Person  p  =  new  Person(23,  "zhang");
Person  p1  =   (Person)  p.clone();
String  result  =  p.getName()  ==  p1.getName()            ?  "clone是淺拷貝的"  :  "clone是深拷貝的";
System.out.println(result);

打印結果:

clone是淺拷貝的

所以，clone方法執行的是淺拷貝， 在編寫程序時要注意這個細節。

如果想要實現深拷貝，可以通過覆蓋Object中的clone方法的方式。

現在為了要在clone對象時進行深拷貝， 那么就要Clonable接口，覆蓋並實現clone方法，除了調用父類中的clone方法得到新的對象， 還要將該類中的引用變量也clone出來。如果只是用Object中默認的clone方法，是淺拷貝的，再次以下面的代碼驗證：

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));
}

在以上代碼中， 有兩個主要的類， 分別為Body和Face， 在Body類中， 組合了一個Face對象。當對Body對象進行clone時， 它組合的Face對象只進行淺拷貝。打印結果可以驗證該結論：

body == body1 : falsebody.head == body1.head : true

如果要使Body對象在clone時進行深拷貝， 那么就要在Body的clone方法中，將源對象引用的Head對象也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));
}

打印結果:

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

由此可見， body和body1內的head引用指向了不同的Head對象， 也就是說在clone Body對象的同時， 也拷貝了它所引用的Head對象， 進行了深拷貝。

真的是深拷貝嗎

通過上面的講解我們已經知道： 如果想要深拷貝一個對象， 這個對象必須要實現Cloneable接口，實現clone方法，並且在clone方法內部，把該對象引用的其他對象也要clone一份 ， 這就要求這個被引用的對象必須也要實現Cloneable接口並且實現clone方法。

那么，按照上面的結論， Body類組合了Head類， 而Head類組合了Face類，要想深拷貝Body類，必須在Body類的clone方法中將Head類也要拷貝一份，但是在拷貝Head類時，默認執行的是淺拷貝，也就是說Head中組合的Face對象並不會被拷貝。

驗證代碼如下：（這里本來只給出Face類的代碼就可以了， 但是為了閱讀起來具有連貫性，避免丟失上下文信息， 還是給出整個程序，整個程序也非常簡短）

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));
}

打印結果:

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

內存結構圖如下圖所示：

那么，對Body對象來說，算是這算是深拷貝嗎？其實應該算是深拷貝，因為對Body對象內所引用的其他對象（目前只有Head）都進行了拷貝，也就是說兩個獨立的Body對象內的head引用已經指向了獨立的兩個Head對象。

但是，這對於兩個Head對象來說，他們指向了同一個Face對象，這就說明，兩個Body對象還是有一定的聯系，並沒有完全的獨立。這應該說是一種 不徹底的深拷貝 。

如何進行徹底的深拷貝

對於上面的例子來說，怎樣才能保證兩個Body對象完全獨立呢？只要在拷貝Head對象的時候，也將Face對象拷貝一份就可以了。這需要讓Face類也實現Cloneable接口，實現clone方法，並且在在Head對象的clone方法中，拷貝它所引用的Face對象。修改的部分代碼如下：

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();
	}
}

再次運行上面的示例，得到的運行結果如下：

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

這說名兩個Body已經完全獨立了，他們間接引用的face對象已經被拷貝，也就是引用了獨立的Face對象。內存結構圖如下：

依此類推，如果Face對象還引用了其他的對象， 比如說Mouth，如果不經過處理，Body對象拷貝之后還是會通過一級一級的引用，引用到同一個Mouth對象。同理， 如果要讓Body在引用鏈上完全獨立， 只能顯式的讓Mouth對象也被拷貝。

到此，可以得到如下結論：如果在拷貝一個對象時，要想讓這個拷貝的對象和源對象完全彼此獨立，那么在引用鏈上的每一級對象都要被顯式的拷貝。所以創建徹底的深拷貝是非常麻煩的，尤其是在引用關系非常復雜的情況下， 或者在引用鏈的某一級上引用了一個第三方的對象， 而這個對象沒有實現clone方法， 那么在它之后的所有引用的對象都是被共享的。

舉例來說，如果被Head引用的Face類是第三方庫中的類，並且沒有實現Cloneable接口，那么在Face之后的所有對象都會被拷貝前后的兩個Body對象共同引用。假設Face對象內部組合了Mouth對象，並且Mouth對象內部組合了Tooth對象， 內存結構如下圖：

寫在最后

clone在平時項目的開發中可能用的不是很頻繁，但是區分深拷貝和淺拷貝會讓我們對java內存結構和運行方式有更深的了解。至於徹底深拷貝，幾乎是不可能實現的，原因已經在上一節中進行了說明。

深拷貝和徹底深拷貝，在創建不可變對象時，可能對程序有着微妙的影響，可能會決定我們創建的不可變對象是不是真的不可變。clone的一個重要的應用也是用於不可變對象的創建。關於創建不可變對象，我會在后續的文章中進行闡述，敬請期待。

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