java基础之克隆

面试的时候可能会问到克隆相关的深拷贝和浅拷贝，至少我是被问过的，所以对它们的了解是必要的，本篇文章探讨Java克隆方面的知识。

1. Java中对象创建的两种方式

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？

• 使用new操作符创建一个对象
• 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。

2. 复制对象 or 复制引用

在Java中，以下类似的代码非常常见：

当Person p1 = p;执行之后， 是创建了一个新的对象吗？ 首先看打印结果：

com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac

可已看出，打印的地址值是相同的，既然地址都是相同的，那么肯定是同一个对象。p和p1只是引用而已，他们都指向了一个相同的对象Person(23, "zhang") 。 可以把这种现象叫做引用的复制。

而下面的代码是真真正正的克隆了一个对象。

从打印结果可以看出，两个对象的地址是不同的，也就是说创建了新的对象， 而不是把原对象的地址赋给了一个新的引用变量：

com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@67f1fba0

以上代码执行完成后， 内存中的情景如下图所示：

3. 深拷贝 or 浅拷贝

• age是基本数据类型，那么对它的拷贝没有什么疑议，直接将一个4字节的整数值拷贝过来就行。

• name是String类型的， 它只是一个引用， 指向一个真正的String对象，那么对它的拷贝有两种方式：

  • 直接将源对象中的name的引用值拷贝给新对象的name字段
  • 或者是根据原Person对象中的name指向的字符串对象创建一个新的相同的字符串对象，将这个新字符串对象的引用赋给新拷贝的Person对象的name字段。

• 这两种拷贝方式分别叫做浅拷贝和深拷贝。深拷贝和浅拷贝的原理如下图所示：

下面通过代码进行验证。如果两个Person对象的name的地址值相同， 说明两个对象的name都指向同一个String对象， 也就是浅拷贝， 而如果两个对象的name的地址值不同， 那么就说明指向不同的String对象， 也就是在拷贝Person对象的时候， 同时拷贝了name引用的String对象， 也就是深拷贝。验证代码如下：

覆盖Object中的clone方法， 实现深拷贝.假设body类里面组合了head类。

Body中组合了Head，重写了Body的clone方法，那么显然第一个输出为false；但是没有对Head进行重写clone方法，那么他们指向的是同一个内存空间。即，没有重写clone的Head类只是浅拷贝。

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。

打印结果：

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

由此，我们得到一个结论：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：

输出结果符合预期：

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

内存结构图如下图所示：

那么此时Head中组合的Face又是一个浅拷贝。那么到底如何实现彻底的深拷贝呢？

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：

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。内存结构图如下：

显然，对于复杂的对象而言，用这种方式实现深拷贝是十分困难的。这时我们可以用序列化的方式来实现对象的深克隆。

4. 序列化解决多层克隆问题

首先由一个外部类Outer：

再来一个被序列化的类Inner:

再对克隆的对象进行测试：

运行结果：

false
false
outer的name值为：outer
Inner的name值为：inner

参考：

• Java提高篇——对象克隆（复制）
• 详解Java中的clone方法 – 原型模式