深拷貝和淺拷貝：如何選擇最適合你的對象復制技術？
Java中的對象復制主要有三種方式：clone、深拷貝和淺拷貝。這些技術對于Java開發(fā)人員來說非常重要，因為它們可以幫助開發(fā)人員管理復雜的數據結構。本文將詳細討論這三種技術，包括其工作方式，優(yōu)缺點以及使用時需要避免的陷阱。
1、Java對象clone
Java對象的clone是一種創(chuàng)建對象副本的簡單方法，它可以避免重新實例化對象并復制現(xiàn)有對象的字段。當您需要創(chuàng)建一個與現(xiàn)有對象具有相同狀態(tài)的新對象時，這種方法非常有用。
（1）clone() 方法
在Java中，Object類提供了一個clone()方法，該方法會返回當前對象的一個副本。由于clone()方法是從Object類繼承而來的，所以它可以被任何Java對象調用。Java中的clone()方法是一個淺拷貝，它只復制引用類型的地址，不會復制地址指向的對象。
如果您想使用clone()方法，您的類必須實現(xiàn)Cloneable接口，該接口標記對象“可克隆”。否則，您將會拋出
CloneNotSupportedException異常。
下面是一個示例：
public class Person implements Cloneable {
private String name;
private int age;
public Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}在上面的示例中，Person類實現(xiàn)了Cloneable接口，并覆蓋了Object類的clone()方法。現(xiàn)在，我們可以使用該方法復制一個Person對象。
（2）淺拷貝
在Java中，clone()方法是淺拷貝。這意味著它僅復制基本數據類型和對象引用的值。如果對象引用指向的是同一個對象，則副本和原始對象都將引用該對象的地址。
下面是一個示例：
public class Person implements Cloneable {
private String name;
private int age;
private Address address;
public Person(String name, int age, Address address) {
this.name = name;
this.age = age;
this.address = address;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
public class Address {
private String street;
private String city;
public Address(String street, String city) {
this.street = street;
this.city = city;
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Address address = new Address("123 Main St", "Anytown");
Person person1 = new Person("John Doe", 42, address);
try {
// Clone the person
Person person2 = (Person) person1.clone();
// Modify the original object's field
person1.getAddress().setCity("New York");
// Print out the fields for both objects
System.out.println(person1.getName() + ": " + person1.getAddress().getCity());
System.out.println(person2.getName() + ": " + person2.getAddress().getCity());
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}在上面的示例中，我們創(chuàng)建了兩個Person對象，并且將一個Address對象傳遞給他們。然后，我們克隆了第一個Person對象并將其存儲在另一個Person對象中。接下來，我們修改原始對象的address字段，并打印出兩個對象的地址以及城市字段。
由于clone()方法是淺拷貝，所以person1和person2都引用同一個Address對象。這意味著當我們修改其中一個對象的Address對象時，另一個對象也會收到影響。
（3）深拷貝
深拷貝是一種復制對象及其所有子對象的技術。與淺拷貝不同，深拷貝會復制對象的所有字段和子對象，而不是只復制引用類型的地址。這意味著在深拷貝期間創(chuàng)建的副本與原始對象沒有任何關聯(lián)。
有幾種方法可以實現(xiàn)深拷貝。其中一種方法是通過序列化和反序列化來完成。另一種方法是使用遞歸方式遍歷整個對象圖，并復制每個對象及其子對象。
下面是一個示例：
import java.io.*;
public class Person implements Serializable {
private String name;
private int age;
private Address address;
public Person(String name, int age, Address address) {
this.name = name;
this.age = age;
this.address = address;
}
public Person clone() throws IOException, ClassNotFoundException {
// Serialize the object
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(baos);
oos.writeObject(this);
// Deserialize the object
ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray());
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bais);
return (Person) ois.readObject();
}
}
public class Address implements Serializable {
private String street;
private String city;
public Address(String street, String city) {
this.street = street;
this.city = city;
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Address address = new Address("123 Main St", "Anytown");
Person person1 = new Person("John Doe", 42, address);
try {
// Clone the person
Person person2 = person1.clone();
// Modify the original object's field
person1.getAddress().setCity("New York");
// Print out the fields for both objects
System.out.println(person1.getName() + ": " + person1.getAddress().getCity());
System.out.println(person2.getName() + ": " + person2.getAddress().getCity());
} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}在上面的示例中，我們實現(xiàn)了一個深拷貝方法，并使用序列化和反序列化來完成。我們創(chuàng)建了兩個Person對象，并將一個Address對象傳遞給他們。然后，我們克隆了第一個Person對象并將其存儲在另一個Person對象中。接下來，我們修改原始對象的address字段，并打印出兩個對象的地址以及城市字段。
由于我們使用了深拷貝技術，person1和person2引用的是不同的Address對象。這意味著當我們修改其中一個對象的Address對象時，另一個對象不會收到影響。
2、淺拷貝 vs 深拷貝
淺拷貝和深拷貝都有其優(yōu)點和缺點。下面是一些重要的區(qū)別：
（1）復制效率
相對于深拷貝，淺拷貝效率更高。這是因為在淺拷貝中只復制基本數據類型和對象引用的值。與此相比，在深拷貝中需要遞歸地復制整個對象圖，這可能會導致性能問題。
（2）內存使用
由于深拷貝復制了整個對象圖，所以其需要更多的內存。與此相比，在淺拷貝中只需要復制基本數據類型和對象引用的值，因此它需要更少的內存。
（3）對象關系
在淺拷貝中，副本和原始對象共享所有的子對象。這意味著當我們修改其中一個對象的子對象時，另一個對象也會收到影響。
與此相反，在深拷貝中，副本和原始對象不共享任何子對象。這意味著當我們修改其中一個對象的子對象時，另一個對象不會受到影響。
3、避免clone()方法的陷阱
雖然clone()方法是一種方便的創(chuàng)建對象副本的方法，但它也有一些陷阱需要注意。下面是一些重要的點：
（1）clone()方法不會調用構造函數
當我們使用clone()方法創(chuàng)建一個對象副本時，它不會調用構造函數。這意味著我們無法保證副本與原始對象具有相同的狀態(tài)。
例如，如果我們在構造函數中初始化了某個字段，并且該字段在后來被修改了，那么克隆的對象可能具有不同的字段值。
（2）clone()方法只能復制實現(xiàn)Cloneable接口的對象
如果我們要使用clone()方法創(chuàng)建對象副本，那么我們必須確保該對象實現(xiàn)了Cloneable接口。如果沒有實現(xiàn)，則會拋出
CloneNotSupportedException異常。
此外，在實現(xiàn)Cloneable接口時，我們還需要覆蓋Object類的clone()方法。如果忘記覆蓋該方法，則將獲得默認的淺拷貝行為。
（3）clone()方法是一個受保護的方法
由于clone()方法是一個受保護的方法，因此它不能從外部訪問。這意味著我們必須在子類中覆蓋該方法才能使用它。
（4）clone()方法可能導致性能問題
由于clone()方法是淺拷貝，因此它可能會引起性能問題。如果對象圖很大，則遞歸地復制整個對象圖可能會非常耗時。
（5）clone()方法與不可變對象
由于clone()方法返回的是一個副本，它可能會破壞不可變對象的不變性。如果我們要在不可變對象上使用clone()方法，則需要確保復制的對象也是不可變的。否則，我們不能保證它們始終具有相同的狀態(tài)。
4、進階技巧
下面是一些高級技巧，可以幫助您更好地使用clone()方法和深拷貝：
（1）使用序列化實現(xiàn)深拷貝
如前所述，我們可以通過序列化和反序列化來實現(xiàn)深拷貝。這是因為序列化和反序列化過程中，整個對象圖都被復制了。此外，Java也提供了很多方便的庫和工具來支持序列化操作。
（2）實現(xiàn)自定義clone()方法
由于clone()方法是受保護的，因此我們無法從外部直接調用它。如果我們想要使用clone()方法創(chuàng)建對象副本，我們需要在子類中覆蓋該方法。
此外，在覆蓋clone()方法時，我們可以選擇實現(xiàn)自定義邏輯，以確保新副本的狀態(tài)正確。
（3）使用第三方庫
除了Java內置的clone()方法和序列化機制外，還有許多第三方庫可以幫助我們實現(xiàn)深拷貝和淺拷貝。例如，Apache Commons庫提供了BeanUtils和SerializationUtils等工具類，可以方便地進行對象復制。
5、總結
Java中的clone()方法、淺拷貝和深拷貝都是非常有用的技術。它們可以幫助開發(fā)人員管理復雜的數據結構，并避免重復創(chuàng)建對象。
然而，這些技術也存在一些陷阱需要注意。如果我們沒有正確地使用它們，就可能會導致狀態(tài)不一致、性能問題或其他異常。
最后，我們還介紹了一些進階技巧，可以幫助您更好地使用clone()方法和深拷貝。如果您能夠正確地使用它們，那么它們將成為您在Java開發(fā)中的有力工具。
