死磕Java面試：深拷貝與淺拷貝的實現原理

作者：一燈架構 2022-11-07 11:37:27

雖然大家都知道兩者表現形式不同點在哪里，但是很少去深究其底層原理，也不知道怎么才能優雅的實現一個深拷貝。其實工作中也常常需要實現深拷貝，今天一燈就帶大家一塊深入剖析一下深拷貝與淺拷貝的實現原理，并手把手教你怎么優雅的實現深拷貝。

深拷貝與淺拷貝的問題，也是面試中的常客。雖然大家都知道兩者表現形式不同點在哪里，但是很少去深究其底層原理，也不知道怎么才能優雅的實現一個深拷貝。其實工作中也常常需要實現深拷貝，今天一燈就帶大家一塊深入剖析一下深拷貝與淺拷貝的實現原理，并手把手教你怎么優雅的實現深拷貝。

1. 什么是深拷貝與淺拷貝

淺拷貝：只拷貝棧內存中的數據，不拷貝堆內存中數據。

深拷貝：既拷貝棧內存中的數據，又拷貝堆內存中的數據。

2. 淺拷貝的實現原理

由于淺拷貝只拷貝了棧內存中數據，棧內存中存儲的都是基本數據類型，堆內存中存儲了數組、引用數據類型等。

使用代碼驗證一下：

想要實現clone功能，需要實現 Cloneable 接口，并重寫 clone 方法。

先創建一個用戶類

// 用戶的實體類，用作驗證
public class User implements Cloneable {
    private String name;
    
    // 每個用戶都有一個工作
    private Job job;

    public String getName(){
        return name;
    }

    public void setName(String name){
        this.name = name;
    }

    public Job getJob(){
        return job;
    }

    public void setJob(Job job){
        this.job = job;
    }


    @Override
    public User clone() throws CloneNotSupportedException {
        User user = (User) super.clone();
        return user;
    }
}

再創建一個工作類

// 工作的實體類，并沒有實現Cloneable接口
public class Job {
    private String content;

    public String getContent(){
        return content;
    }

    public void setContent(String content){
        this.content = content;
    }
}

測試淺拷貝

/**
 * @author 一燈架構
 * @apiNote Java淺拷貝示例
 **/
public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        // 1. 創建用戶對象，{"name":"一燈架構","job":{"content":"開發"}}
        User user1 = new User();
        user1.setName("一燈架構");
        Job job1 = new Job();
        job1.setContent("開發");
        user1.setJob(job1);

        // 2. 拷貝用戶對象，name修改為"張三"，工作內容修改"測試"
        User user2 = user1.clone();
        user2.setName("張三");
        Job job2 = user2.getJob();
        job2.setContent("測試");
        
        // 3. 輸出結果
        System.out.println("user原對象= " + user1);
        System.out.println("user拷貝對象= " + user2);
    }

}

輸出結果：

user原對象= {"name":"一燈架構","job":{"content":"測試"}}
user拷貝對象= {"name":"張三","job":{"content":"測試"}}

從結果中可以看出，對象拷貝把name修改為”張三“，原對象并沒有變，name是String類型，是基本數據類型，存儲在棧內存中。對象拷貝了一份新的棧內存數據，修改并不會影響原對象。

然后對象拷貝把Job中content修改為”測試“，原對象也跟著變了，原因是Job是引用類型，存儲在堆內存中。對象拷貝和原對象指向的同一個堆內存的地址，所以修改會影響到原對象。

3. 深拷貝的實現原理

深拷貝是既拷貝棧內存中的數據，又拷貝堆內存中的數據。

實現深拷貝有很多種方法，下面就詳細講解一下，看使用哪種方式更方便快捷。

3.1 實現Cloneable接口

通過實現Cloneable接口來實現深拷貝是最常見的。

想要實現clone功能，需要實現**Cloneable接口，并重寫clone**方法。

先創建一個用戶類

// 用戶的實體類，用作驗證
public class User implements Cloneable {
    private String name;
    
    // 每個用戶都有一個工作
    private Job job;

    public String getName(){
        return name;
    }

    public void setName(String name){
        this.name = name;
    }

    public Job getJob(){
        return job;
    }

    public void setJob(Job job){
        this.job = job;
    }


    @Override
    public User clone() throws CloneNotSupportedException {
        User user = (User) super.clone();
        // User對象中所有引用類型屬性都要執行clone方法
        user.setJob(user.getJob().clone());
        return user;
    }
}

再創建一個工作類

// 工作的實體類，需要實現Cloneable接口
public class Job implements Cloneable {
    private String content;

    public String getContent(){
        return content;
    }

    public void setContent(String content){
        this.content = content;
    }

    @Override
    protected Job clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Job) super.clone();
    }
}

測試淺拷貝

/**
 * @author 一燈架構
 * @apiNote Java深拷貝示例
 **/
public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        // 1. 創建用戶對象，{"name":"一燈架構","job":{"content":"開發"}}
        User user1 = new User();
        user1.setName("一燈架構");
        Job job1 = new Job();
        job1.setContent("開發");
        user1.setJob(job1);

        // 2. 拷貝用戶對象，name修改為"張三"，工作內容修改"測試"
        User user2 = user1.clone();
        user2.setName("張三");
        Job job2 = user2.getJob();
        job2.setContent("測試");
        
        // 3. 輸出結果
        System.out.println("user原對象= " + user1);
        System.out.println("user拷貝對象= " + user2);
    }

}

輸出結果：

user原對象= {"name":"一燈架構","job":{"content":"開發"}}
user拷貝對象= {"name":"張三","job":{"content":"測試"}}

從結果中可以看出，user拷貝對象修改了name屬性和Job對象中內容，都沒有影響到原對象，實現了深拷貝。

通過實現Cloneable接口的方式來實現深拷貝，是Java中最常見的實現方式。

缺點是：比較麻煩，需要所有實體類都實現Cloneable接口，并重寫clone方法。如果實體類中新增了一個引用對象類型的屬性，還需要添加到clone方法中。如果繼任者忘了修改clone方法，相當于挖了一個坑。

3.2 使用JSON字符串轉換

實現方式就是：

先把user對象轉換成json字符串
再把json字符串轉換成user對象

這是個偏方，但是偏方治大病，使用起來非常方便，一行代碼即可實現。

下面使用fastjson實現，使用Gson、Jackson也是一樣的：

import com.alibaba.fastjson.JSON;


/**
 * @author 一燈架構
 * @apiNote Java深拷貝示例
 **/
public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        // 1. 創建用戶對象，{"name":"一燈架構","job":{"content":"開發"}}
        User user1 = new User();
        user1.setName("一燈架構");
        Job job1 = new Job();
        job1.setContent("開發");
        user1.setJob(job1);

        //// 2. 拷貝用戶對象，name修改為"張三"，工作內容修改"測試"
        User user2 = JSON.parseObject(JSON.toJSONString(user1), User.class);
        user2.setName("張三");
        Job job2 = user2.getJob();
        job2.setContent("測試");

        // 3. 輸出結果
        System.out.println("user原對象= " + JSON.toJSONString(user1));
        System.out.println("user拷貝對象= " + JSON.toJSONString(user2));
    }

}

輸出結果：

user原對象= {"name":"一燈架構","job":{"content":"開發"}}
user拷貝對象= {"name":"張三","job":{"content":"測試"}}

從結果中可以看出，user拷貝對象修改了name屬性和Job對象中內容，并沒有影響到原對象，實現了深拷貝。

3.3 集合實現深拷貝

再說一下Java集合怎么實現深拷貝？

其實非常簡單，只需要初始化新對象的時候，把原對象傳入到新對象的構造方法中即可。

以最常用的ArrayList為例：

/**
 * @author 一燈架構
 * @apiNote Java深拷貝示例
 **/
public class Demo {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        // 1. 創建原對象
        List<User> userList = new ArrayList<>();

        // 2. 創建深拷貝對象
        List<User> userCopyList = new ArrayList<>(userList);
    }

}

責任編輯：武曉燕來源：一燈架構

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