深入理解Java淺拷貝與深拷貝
淺拷貝和深拷貝是 Java 初中級(jí)面試中經(jīng)常會(huì)被問(wèn)到的一個(gè)問(wèn)題，兩個(gè)就像是兄弟倆，一個(gè)調(diào)皮一個(gè)乖巧，現(xiàn)在讓我們一起來(lái)探索它們的奇妙之處！
特別說(shuō)明：不論是淺拷貝還是深拷貝，都可以使用Object類(lèi)的clone方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，代碼如下：
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;注意:clone()方法也是一個(gè)本地方法，具體實(shí)現(xiàn)交給虛擬機(jī)，也就是說(shuō)虛擬機(jī)在運(yùn)行給方法時(shí)，就會(huì)變成搞笑的C/C++代碼。
1. 淺拷貝
先讓我們來(lái)了解一下淺拷貝。它就像是我們上學(xué)時(shí)抄了學(xué)霸一份作業(yè)，但結(jié)果可能讓人出乎意料。為了演示這一點(diǎn)，我們創(chuàng)建了一個(gè)名為Student的類(lèi)，這個(gè)學(xué)生有一個(gè)名為“name”的字符串字段和一個(gè)名為“age”的整數(shù)字段。
public class Student implements Cloneable{
private int age;
private String name;
public Student(int age, String name) {
this.age = age;
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public String toString() {
return super.toString().substring(19) + "{" +
"age=" + age +
", name='" + name + '\'' +
'}';
}
@Override
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}接著，我們來(lái)進(jìn)行測(cè)試。假設(shè)我們有一個(gè)名叫“springboot葵花寶典”的Student對(duì)象，并進(jìn)行了淺拷貝。結(jié)果出來(lái)了！讓我們看看會(huì)發(fā)生什么。
public class CloneTest {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Student student1 = new Student(18,"springboot葵花寶典");
Student student2 = (Student) student1.clone();
System.out.println("淺拷貝后：");
System.out.println("Student1：" + student1);
System.out.println("Student2：" + student2);
student2.setName("zbbmeta");
System.out.println("調(diào)整了Student2 的 name 后：");
System.out.println("Student1：" + student1);
System.out.println("Student2：" + student2);
}
}測(cè)試結(jié)果如下：
淺拷貝后：
Student1：Student@4cb2c100{age=18, name='springboot葵花寶典'}
Student2：Student@39fb3ab6{age=18, name='springboot葵花寶典'}
調(diào)整了Student2 的 name 后：
Student1：Student@4cb2c100{age=18, name='springboot葵花寶典'}
Student2：Student@39fb3ab6{age=18, name='zbbmeta'}淺拷貝后，Student1 和 Student1 引用不同對(duì)象，但值是相同的，說(shuō)明拷貝成功。之后，修改了 Student2 的 name 字段,student2的name和student1的name值不同。
圖片
注意:一個(gè)類(lèi)沒(méi)有實(shí)現(xiàn) Cloneable 接口，即便它重寫(xiě)了 clone() 方法，依然是無(wú)法調(diào)用該方法進(jìn)行對(duì)象克隆的，會(huì)拋出異常CloneNotSupportedException。
Exception in thread "main" java.lang.CloneNotSupportedException: com.zbbmeta.entity.Student
思考:前面Student只有兩個(gè)基本類(lèi)型，沒(méi)有引用類(lèi)型，如果給Student添加一個(gè)自定義Book引用類(lèi)型，淺拷貝會(huì)是什么結(jié)果?
public class Book {
private String bookName;
private int price;
public Book(String bookName, int price) {
this.bookName = bookName;
this.price = price;
}
//... 省略getter/setter 方法
@Override
public String toString() {
return super.toString().substring(19) +
" bookName='" + bookName + '\'' +
", price=" + price +
'}';
}
}重新編寫(xiě)Studnet類(lèi)：
public class Student implements Cloneable{
private int age;
private String name;
private Book book;
public Student(int age, String name, Book book) {
this.age = age;
this.name = name;
this.book = book;
}
//... 省略getter/setter 方法
@Override
public String toString() {
return super.toString().substring(19) +
" age=" + age +
", name='" + name + '\'' +
", book=" + book +
'}';
}
@Override
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}比之前的例子多了一個(gè)自定義類(lèi)型的字段 book，clone() 方法并沒(méi)有任何改變。
測(cè)試類(lèi)修改內(nèi)容如下：
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Student student1 = new Student(18,"springboot葵花寶典");
Book book1 = new Book("springboot入門(mén)到精通",90);
student1.setBook(book1);
Student student2 = (Student) student1.clone();
System.out.println("淺拷貝后：");
System.out.println("Student1：" + student1);
System.out.println("Student2：" + student2);
Book book2 = student2.getBook();
book2.setBookName("K8S實(shí)戰(zhàn)");
book2.setPrice(70);
System.out.println("調(diào)整了Student2 的 book 后：");
System.out.println("Student1：" + student1);
System.out.println("Student2：" + student2);
}輸出結(jié)果如下：
淺拷貝后：
Student1：Student@6fb554cc age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@3c09711b bookName='springboot入門(mén)到精通', price=90}}
Student2：Student@3a82f6ef age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@3c09711b bookName='springboot入門(mén)到精通', price=90}}
調(diào)整了Student2 的 book 后：
Student1：Student@6fb554cc age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@3c09711b bookName='K8S實(shí)戰(zhàn)', price=70}}
Student2：Student@3a82f6ef age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@3c09711b bookName='K8S實(shí)戰(zhàn)', price=70}}student2.book 變更后，student1.book 也發(fā)生了改變。這是因?yàn)閚ame字符串 String 是不可變對(duì)象，一個(gè)新的值必須在字符串常量池中開(kāi)辟一段新的內(nèi)存空間，而B(niǎo)ook是自定義對(duì)象的內(nèi)存地址并沒(méi)有發(fā)生改變，只是對(duì)應(yīng)的字段值發(fā)生了改變。
總結(jié)：淺拷貝是創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象，這個(gè)對(duì)象有著對(duì)原始對(duì)象屬性值的一份精確拷貝。如果屬性是基本數(shù)據(jù)類(lèi)型，拷貝的就是基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的值；如果屬性是引用數(shù)據(jù)類(lèi)型，拷貝的就是內(nèi)存地址，所以如果其中一個(gè)對(duì)象改變了引用類(lèi)型的數(shù)據(jù)，就會(huì)影響另一個(gè)對(duì)象。
2. 深拷貝
深拷貝和淺拷貝不同的，深拷貝中的引用類(lèi)型字段也會(huì)克隆一份，當(dāng)改變?nèi)魏我粋€(gè)對(duì)象，另外一個(gè)對(duì)象不會(huì)隨之改變。例子如下:
public class Book implements Cloneable{
private String bookName;
private int price;
public Book(String bookName, int price) {
this.bookName = bookName;
this.price = price;
}
//... 省略getter/setter 方法
@Override
public String toString() {
return super.toString().substring(19) +
" bookName='" + bookName + '\'' +
", price=" + price +
'}';
}
@Override
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}注意：此時(shí)的 Book 類(lèi)和淺拷貝時(shí)不同，重寫(xiě)了 clone() 方法，并實(shí)現(xiàn)了 Cloneable 接口。為的就是深拷貝的時(shí)候也能夠克隆該字段。
重新編寫(xiě)Studnet類(lèi)：
public class Student implements Cloneable{
private int age;
private String name;
private Book book;
public Student(int age, String name, Book book) {
this.age = age;
this.name = name;
this.book = book;
}
//... 省略getter/setter 方法
@Override
public String toString() {
return super.toString().substring(19) +
" age=" + age +
", name='" + name + '\'' +
", book=" + book +
'}';
}
@Override
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Student student = (Student) super.clone();
student.setBook((Book) student.getBook().clone());
return student;
}
}注意，此時(shí) Student 類(lèi)也與之前的不同，clone() 方法當(dāng)中，不再只調(diào)用 Object 的 clone() 方法對(duì) Student 進(jìn)行克隆了，還對(duì) Book 也進(jìn)行了克隆。
測(cè)試結(jié)果如下:
淺拷貝后：
Student1：Student@6fb554cc age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@3c09711b bookName='springboot入門(mén)到精通', price=90}}
Student2：Student@3a82f6ef age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@100fc185 bookName='springboot入門(mén)到精通', price=90}}
調(diào)整了Student2 的 book 后：
Student1：Student@6fb554cc age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@3c09711b bookName='springboot入門(mén)到精通', price=90}}
Student2：Student@3a82f6ef age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@100fc185 bookName='K8S實(shí)戰(zhàn)', price=70}}發(fā)現(xiàn): 不僅student1 和 student2 對(duì)象不同，它們中的 book 對(duì)象不同。所以，改變了 student2 中的 book 并不會(huì)影響到 student1。
圖片
思考：嵌套的對(duì)象比較多的時(shí),每一個(gè)類(lèi)都需要重寫(xiě)clone()方法，這樣拷貝起來(lái)就比較麻煩，那么有沒(méi)有別的方法實(shí)現(xiàn)深拷貝。
利用序列化，序列化是將對(duì)象寫(xiě)到流中便于傳輸，而反序列化則是將對(duì)象從流中讀取出來(lái)。寫(xiě)入流中的對(duì)象就是對(duì)原始對(duì)象的拷貝。需要注意的是，每個(gè)要序列化的類(lèi)都要實(shí)現(xiàn) Serializable 接口，該接口和 Cloneable 接口類(lèi)似，都是標(biāo)記型接口。
public class Book implements Cloneable{
private String bookName;
private int price;
public Book(String bookName, int price) {
this.bookName = bookName;
this.price = price;
}
//... 省略getter/setter 方法
@Override
public String toString() {
return super.toString().substring(19) +
" bookName='" + bookName + '\'' +
", price=" + price +
'}';
}
}注意:Book 需要實(shí)現(xiàn) Serializable 接口。
重新編寫(xiě)Studnet類(lèi)：
public class Student implements Cloneable{
private int age;
private String name;
private Book book;
public Student(int age, String name, Book book) {
this.age = age;
this.name = name;
this.book = book;
}
//... 省略getter/setter 方法
@Override
public String toString() {
return super.toString().substring(19) +
" age=" + age +
", name='" + name + '\'' +
", book=" + book +
'}';
}
//深度拷貝
public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
// 序列化
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(this);
// 反序列化
ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
return ois.readObject();
}
}注意：Student 類(lèi)實(shí)現(xiàn) Serializable 接口，并且在該類(lèi)中，增加了一個(gè) deepClone() 的方法，利用 OutputStream 進(jìn)行序列化，InputStream 進(jìn)行反序列化，這樣就實(shí)現(xiàn)了深拷貝。
public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
Student student1 = new Student(18,"springboot葵花寶典");
Book book1 = new Book("springboot入門(mén)到精通",90);
student1.setBook(book1);
Student student2 = (Student) student1.deepClone();
System.out.println("淺拷貝后：");
System.out.println("Student1：" + student1);
System.out.println("Student2：" + student2);
Book book2 = student2.getBook();
book2.setBookName("K8S實(shí)戰(zhàn)");
book2.setPrice(70);
System.out.println("調(diào)整了Student2 的 book 后：");
System.out.println("Student1：" + student1);
System.out.println("Student2：" + student2);
}與之前測(cè)試類(lèi)不同的是，調(diào)用了 deepClone() 方法。
測(cè)試結(jié)果如下:
淺拷貝后：
Student1：Student@5dfcfece age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@5d5eef3d bookName='springboot入門(mén)到精通', price=90}}
Student2：Student@5a8e6209 age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@4b4523f8 bookName='springboot入門(mén)到精通', price=90}}
調(diào)整了Student2 的 book 后：
Student1：Student@5dfcfece age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@5d5eef3d bookName='springboot入門(mén)到精通', price=90}}
Student2：Student@5a8e6209 age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@4b4523f8 bookName='K8S實(shí)戰(zhàn)', price=70}}測(cè)試結(jié)果和之前用 clone() 方法實(shí)現(xiàn)的深拷貝類(lèi)似。
特別說(shuō)明：序列化涉及到輸入流和輸出流的讀寫(xiě)，在性能上要比 虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的 clone() 方法差很多。
