Java中的clone方法实例详解

Java中对象创建

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？

1 使用new操作符创建一个对象

2 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。

复制对象 or 复制引用

在Java中，以下类似的代码很常见：

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

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。 （关于引用和对象的区分，可以参考之前的文章 Java中的String为什么是不可变的？ -- String源码分析 ， 其中有一节讲到了引用和对象的区分）。上面代码执行完成之后， 内存中的情景如下图所示：

而下面的代码是真正克隆了一个对象：

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

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

内存中的情景如下所示：

深拷贝or浅拷贝

上面的示例代码中，Person中有两个成员变量，分别是name和age， name是String类型， age是int类型。代码非常简单，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();
	}
}

由于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。

但是name是String类型的（非基本类型）， 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：

Person p = new Person(23, "zhang");
Person p1 = (Person) p.clone();
		
String result = p.getName() == p1.getName() ? "clone是浅拷贝的" : "clone是深拷贝的";
System.out.println(result);

打印结果为：

clone是浅拷贝的

所以clone方法执行的是浅拷贝，在编写程序时需要注意这个问题。

但是我们可以通过覆盖Object中的clone方法， 实现深拷贝。

现在为了要在clone对象时进行深拷贝， 那么就要Clonable接口，覆盖并实现clone方法，除了调用父类中的clone方法得到新的对象， 还要将该类中的引用变量也clone出来。如果只是用Object中默认的clone方法，是浅拷贝的，再次以下面的代码验证：

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));	
}

在以上代码中， 有两个主要的类， 分别为Body和Face， 在Body类中， 组合了一个Face对象。当对Body对象进行clone时， 它组合的Face对象只进行浅拷贝。打印结果可以验证该结论：

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。

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));
}

打印结果为：

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

由此可见， body和body1内的head引用指向了不同的Head对象， 也就是说在clone Body对象的同时， 也拷贝了它所引用的Head对象， 进行了深拷贝。

真的是深拷贝吗

由上一节的内容可以得出如下结论：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：（这里本来只给出Face类的代码就可以了， 但是为了阅读起来具有连贯性，避免丢失上下文信息， 还是给出整个程序，整个程序也非常简短）

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));	
	}

打印结果为：

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

内存结构如下所示：

那么，对Body对象来说，算是这算是深拷贝吗？其实应该算是深拷贝，因为对Body对象内所引用的其他对象（目前只有Head）都进行了拷贝，也就是说两个独立的Body对象内的head引用已经指向了独立的两个Head对象。但是，这对于两个Head对象来说，他们指向了同一个Face对象，这就说明，两个Body对象还是有一定的联系，并没有完全的独立。这应该说是一种 不彻底的深拷贝 。

如何进行彻底的深拷贝

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：

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：

依此类推，如果Face对象还引用了其他的对象， 比如说Mouth，如果不经过处理，Body对象拷贝之后还是会通过一级一级的引用，引用到同一个Mouth对象。同理， 如果要让Body在引用链上完全独立， 只能显式的让Mouth对象也被拷贝。

到此，可以得到如下结论：如果在拷贝一个对象时，要想让这个拷贝的对象和源对象完全彼此独立，那么在引用链上的每一级对象都要被显式的拷贝。

所以创建彻底的深拷贝 是非常麻烦 的，尤其是在引用关系非常复杂的情况下， 或者在引用链的某一级上引用了一个第三方的对象， 而这个对象没有实现clone方法， 那么在它之后的所有引用的对象都是被共享的。 举例来说，如果被Head引用的Face类是第三方库中的类，并且没有实现Cloneable接口，那么在Face之后的所有对象都会被拷贝前后的两个Body对象共同引用。假设Face对象内部组合了Mouth对象，并且Mouth对象内部组合了Tooth对象， 内存结构如下图：

写在最后

clone在平时项目的开发中可能用的不是很频繁，但是区分深拷贝和浅拷贝会让我们对java内存结构和运行方式有更深的了解。至于彻底深拷贝，几乎是不可能实现的，原因已经在上一节中进行了说明。

深拷贝和彻底深拷贝，在创建不可变对象时，可能对程序有着微妙的影响，可能会决定我们创建的不可变对象是不是真的不可变。clone的一个重要的应用也是用于不可变对象的创建。关于创建不可变对象，会在后续的文章中进行阐述。

到此这篇关于详解Java中的clone方法的文章就介绍到这了,更多相关Java中的clone方法内容请搜索猪先飞以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持猪先飞！