簡述Java語言的對象克隆特性

作者：無為方能無不為 2010-10-28 13:06:45

本文通過介紹java.lang.Object#clone()方法來說明Java語言的對象克隆特性。java.lang.Object#clone()方法由java.lang.Object加以實現，主要對對象本身加以克隆。

在Java中傳值及引伸深度克隆的思考中，我們講過引申到克隆技術Java中的所有對象都是Object類的子類。我們知道，Java是純面向對象的程序設計語言。Java里，所有的類的***父類都是java.lang.Object類，也就是說，如果一個類沒有顯示申明繼承關系，它的父類默認就是java.lang.Object。

有一個很簡單的方法可以證明這一點，我們寫一個Test類，如下：

public class Test {   
    public void someMethod() {   
        super.clone();   
    }   
}

里面調用了super.clone()，編譯時并不報錯。其實clone()方法為java.lang.Object類提供的一個 protected型方法。

對象克隆

本文通過介紹java.lang.Object#clone()方法來說明Java語言的對象克隆特性。

java.lang.Object#clone()方法由java.lang.Object加以實現，主要對對象本身加以克隆。

首先我們看看下面的例子：

public class TestClone {   
    public static void main(String[] args) {   
        MyClone myClone1 = new MyClone("clone1");   
          
        MyClone myClone2 = (MyClone)myClone1.clone();   
          
        if (myClone2 != null) {   
            System.out.println(myClone2.getName());   
            System.out.println("myClone2 equals myClone1: " + myClone2.equals(myClone1));   
        } else {   
            System.out.println("Clone Not Supported");   
        }   
    }   
}   
class MyClone {   
    private String name;   
    public MyClone(String name) {   
        this.name = name;   
    }   
      
    public String getName() {   
        return name;   
    }   
    public void setName(String name) {   
        this.name = name;   
    }   
      
    public Object clone() {   
        try {   
            return super.clone();   
        } catch (CloneNotSupportedException e) {   
            return null;   
        }   
    }

編譯執行TestClone，打印出：

C:\clone>javac *.java   
C:\clone>java TestClone   
Clone Not Supported   
C:\clone>

說明MyClone#clone()方法調用super.clone()時拋出了CloneNotSupportedException異常，不支持克隆。

為什么父類java.lang.Object里提供了clone()方法，卻不能調用呢？

原來，Java語言雖然提供了這個方法，但考慮到安全問題，一方面將clone()訪問級別設置為protected型，以限制外部類訪問；

另一方面，強制需要提供clone功能的子類實現java.lang.Cloneable接口，在運行期，JVM會檢查調用clone()方法的類，如果該類未實現java.lang.Cloneable接口，則拋出CloneNotSupportedException異常。

java.lang.Cloneable接口是一個空的接口，沒有申明任何屬性與方法。該接口只是告訴JVM，該接口的實現類需要開放“克隆”功能。

我們再將MyClone類稍作改變，讓其實現Cloneable接口：

class MyClone implements Cloneable {   
    ...//其余不做改變   
}   
 
編譯執行TestClone，打印出：   
 
C:\clone>javac *.java   
C:\clone>java TestClone   
clone1   
myClone2 equals myClone1: false   
C:\clone>

根據結果，我們可以發現：

1，myClone1.clone()克隆了跟myClone1具有相同屬性值的對象

2，但克隆出的對象myClone2跟myClone1不是同一個對象（具有不同的內存空間）

小結

如果要讓一個類A提供克隆功能，該類必須實現java.lang.Cloneable接口，并重載 java.lang.Object#clone()方法。

public class A extends Cloneable {   
    public Object clone() {   
        try {   
            return super.clone();   
        } catch (CloneNotSupportedException e) {   
            //throw (new InternalError(e.getMessage()));   
            return null;   
        }   
    }   
}

對象的深層次克隆

上例說明了怎么樣克隆一個具有簡單屬性（String，int，boolean等）的對象。

但如果一個對象的屬性類型是List，Map，或者用戶自定義的其他類時，克隆行為是通過怎樣的方式進行的？

很多時候，我們希望即使修改了克隆后的對象的屬性值，也不會影響到原對象，這種克隆我們稱之為對象的深層次克隆。怎么樣實現對象的深層次克隆呢？

驗證對象的克隆方式

為了驗證對象的克隆方式，我們對上面的例子加以改進，如下（為了節省篇幅，我們省略了setter與getter方法）：

public class TestClone {   
    public static void main(String[] args) {   
        //為克隆對象設置值   
         MyClone myClone1 = new MyClone("clone1");   
         myClone1.setBoolValue(true);   
         myClone1.setIntValue(100);   
          
        //設置List值   
         List <Element>listValue = new ArrayList<Element>();   
         listValue.add(new Element("ListElement1"));   
         listValue.add(new Element("ListElement2"));   
         listValue.add(new Element("ListElement3"));   
         myClone1.setListValue(listValue);   
          
        //設置Element值   
         Element element1 = new Element("element1");   
         myClone1.setElement(element1);   
          
          
        //克隆   
         MyClone myClone2 = (MyClone)myClone1.clone();   
          
        if (myClone2 != null) {   
              
            //簡單屬性   
             System.out.println("myClone2.name=" + myClone2.getName()   
                     + " myClone2.boolValue=" + myClone2.isBoolValue()   
                     + " myClone2.intValue=" + myClone2.getIntValue() );   
              
            //復合屬性（List<Element>與Element）   
             List clonedList = myClone2.getListValue();   
             Element element2 = myClone2.getElement();   
              
             System.out.println("myClone2.listValue.size():" + clonedList.size());   
             System.out.println("myClone2.element.equals(myClone1.element):" + element2.equals(element1));   
             System.out.println("myClone2.element.name:" + element2.getName());   
              
            //下面我們測試一下myClone2.element是否等于myClone1.element   
            //以及myClone2.listValue是否等于myClone1.listValue   
            //為此，我們修改myClone2.element與myClone2.listValue，如果myClone1的相應值也跟著被修改了，則它們引用 的是同一個內存空間的變量，我們認為它們相等   
              
             clonedList.add("ListElement4");   
              
             System.out.println("myClone1.listValue.size():" + listValue.size());   
              
             element2.setName("Element2");   
             System.out.println("myClone1.element.name:" + element1.getName());   
              
         } else {   
             System.out.println("Clone Not Supported");   
         }          
          
     }   
 
}   
 
 
class MyClone implements Cloneable {   
    private int intValue;   
    private boolean boolValue;   
    private String name;   
    private List <Element>listValue;   
    private Element element;   
 
    public MyClone(String name) {   
         this.name = name;   
     }   
 
     ...//setter與getter方法（略）   
}   
 
class Element implements Cloneable   {   
    private String name;   
      
    public Element (String name) {   
         this.name = name;   
     }   
 
     ...//setter與getter方法（略）   
}

編譯執行TestClone，打印出：

C:\clone>javac *.java   
C:\clone>java TestClone   
myClone2.name=clone1 myClone2.boolValue=true myClone2.intValue=100   
myClone2.listValue.size():3   
myClone2.element.equals(myClone1.element):true   
myClone2.element.name:element1   
myClone1.listValue.size():4   
myClone1.element.name:Element2   
myClone2 equals myClone1: false   
C:\clone>

我們發現，對于對象里的List，Element等復合屬性，super.clone()只是簡單地賦值，沒有采取克隆手段。也就是說，修改被克隆后的對象值，會影響到原對象。

怎么進行深層次的克隆呢？

答案是，我們只能手動在重載的clone()方法里，對屬性也分別采用克隆操作。當然條件是，屬性類也得支持克隆操作

class MyClone implements Cloneable {   
     ...   
    public Object clone() {   
        try {   
             MyClone myClone = (MyClone)super.clone();   
            //分別對屬性加以克隆操作   
             myClone.element = this.element.clone();   
              
             myClone.listValue = new ArrayList();   
            for (Element ele:this.listValue) {   
                 myClone.listValue.add(ele.clone());   
             }   
                          
            return myClone;   
         } catch (CloneNotSupportedException e) {   
            return null;   
         }   
     }   
     ...   
}   
 
//讓Element類也支持克隆操作   
class Element implements Cloneable   {   
     ...   
    public Element clone() {   
        try {   
            return (Element)super.clone();   
         } catch (CloneNotSupportedException e) {   
            return null;   
         }   
     }   
}

深層次的克隆操作往往存在效率問題，尤其是需要讓List，Map等集合類也支持深層次的克隆操作時。

總結

本文結合范例，比較深入地介紹了Java語言的克隆屬性，以及克隆的實現方法等。同時分析了深層次克隆的概念，實現，以及存在的問題等。但是有沒有更好的方法呢？當然，是有的，串行化來實現。

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責任編輯：佚名來源：博客園

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