深入理解Java淺拷貝與深拷貝

作者：springboot葵花寶典 2024-03-15 15:03:23

淺拷貝和深拷貝是 Java 初中級面試中經常會被問到的一個問題，兩個就像是兄弟倆，一個調皮一個乖巧，現在讓我們一起來探索它們的奇妙之處！

特別說明：不論是淺拷貝還是深拷貝，都可以使用Object類的clone方法來實現，代碼如下：

protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

注意:clone()方法也是一個本地方法，具體實現交給虛擬機，也就是說虛擬機在運行給方法時，就會變成搞笑的C/C++代碼。

1. 淺拷貝

先讓我們來了解一下淺拷貝。它就像是我們上學時抄了學霸一份作業，但結果可能讓人出乎意料。為了演示這一點，我們創建了一個名為Student的類，這個學生有一個名為“name”的字符串字段和一個名為“age”的整數字段。

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，我們來進行測試。假設我們有一個名叫“springboot葵花寶典”的Student對象，并進行了淺拷貝。結果出來了！讓我們看看會發生什么。

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("調整了Student2 的 name  后：");
        System.out.println("Student1：" + student1);
        System.out.println("Student2：" + student2);
    }
}

測試結果如下：

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 引用不同對象，但值是相同的，說明拷貝成功。之后，修改了 Student2 的 name 字段,student2的name和student1的name值不同。

圖片

注意:一個類沒有實現 Cloneable 接口，即便它重寫了 clone() 方法，依然是無法調用該方法進行對象克隆的，會拋出異常CloneNotSupportedException。

Exception in thread "main" java.lang.CloneNotSupportedException: com.zbbmeta.entity.Student

思考:前面Student只有兩個基本類型，沒有引用類型，如果給Student添加一個自定義Book引用類型，淺拷貝會是什么結果?

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Studnet類：

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自定義類型的字段 book，clone() 方法并沒有任何改變。

測試類修改內容如下：

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實戰");
        book2.setPrice(70);
        System.out.println("調整了Student2 的 book  后：");
        System.out.println("Student1：" + student1);
        System.out.println("Student2：" + student2);
    }

輸出結果如下：

淺拷貝后：
Student1：Student@6fb554cc age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@3c09711b bookName='springboot入門到精通', price=90}}
Student2：Student@3a82f6ef age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@3c09711b bookName='springboot入門到精通', price=90}}
調整了Student2 的 book  后：
Student1：Student@6fb554cc age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@3c09711b bookName='K8S實戰', price=70}}
Student2：Student@3a82f6ef age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@3c09711b bookName='K8S實戰', price=70}}

student2.book 變更后，student1.book 也發生了改變。這是因為name字符串 String 是不可變對象，一個新的值必須在字符串常量池中開辟一段新的內存空間，而Book是自定義對象的內存地址并沒有發生改變，只是對應的字段值發生了改變。

總結：淺拷貝是創建一個新的對象，這個對象有著對原始對象屬性值的一份精確拷貝。如果屬性是基本數據類型，拷貝的就是基本數據類型的值；如果屬性是引用數據類型，拷貝的就是內存地址，所以如果其中一個對象改變了引用類型的數據，就會影響另一個對象。

2. 深拷貝

深拷貝和淺拷貝不同的，深拷貝中的引用類型字段也會克隆一份，當改變任何一個對象，另外一個對象不會隨之改變。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：此時的 Book 類和淺拷貝時不同，重寫了 clone() 方法，并實現了 Cloneable 接口。為的就是深拷貝的時候也能夠克隆該字段。

重新編寫Studnet類：

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 Student 類也與之前的不同，clone() 方法當中，不再只調用 Object 的 clone() 方法對 Student 進行克隆了，還對 Book 也進行了克隆。

測試結果如下:

淺拷貝后：
Student1：Student@6fb554cc age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@3c09711b bookName='springboot入門到精通', price=90}}
Student2：Student@3a82f6ef age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@100fc185 bookName='springboot入門到精通', price=90}}
調整了Student2 的 book  后：
Student1：Student@6fb554cc age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@3c09711b bookName='springboot入門到精通', price=90}}
Student2：Student@3a82f6ef age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@100fc185 bookName='K8S實戰', price=70}}

發現: 不僅student1 和 student2 對象不同，它們中的 book 對象不同。所以，改變了 student2 中的 book 并不會影響到 student1。

圖片

思考：嵌套的對象比較多的時,每一個類都需要重寫clone()方法，這樣拷貝起來就比較麻煩，那么有沒有別的方法實現深拷貝。

利用序列化，序列化是將對象寫到流中便于傳輸，而反序列化則是將對象從流中讀取出來。寫入流中的對象就是對原始對象的拷貝。需要注意的是，每個要序列化的類都要實現 Serializable 接口，該接口和 Cloneable 接口類似，都是標記型接口。

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 需要實現 Serializable 接口。

重新編寫Studnet類：

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 類實現 Serializable 接口，并且在該類中，增加了一個 deepClone() 的方法，利用 OutputStream 進行序列化，InputStream 進行反序列化，這樣就實現了深拷貝。

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實戰");
        book2.setPrice(70);
        System.out.println("調整了Student2 的 book  后：");
        System.out.println("Student1：" + student1);
        System.out.println("Student2：" + student2);
    }

與之前測試類不同的是，調用了 deepClone() 方法。

測試結果如下:

淺拷貝后：
Student1：Student@5dfcfece age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@5d5eef3d bookName='springboot入門到精通', price=90}}
Student2：Student@5a8e6209 age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@4b4523f8 bookName='springboot入門到精通', price=90}}
調整了Student2 的 book  后：
Student1：Student@5dfcfece age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@5d5eef3d bookName='springboot入門到精通', price=90}}
Student2：Student@5a8e6209 age=18, name='springboot葵花寶典', book=Book@4b4523f8 bookName='K8S實戰', price=70}}

測試結果和之前用 clone() 方法實現的深拷貝類似。

特別說明：序列化涉及到輸入流和輸出流的讀寫，在性能上要比虛擬機實現的 clone() 方法差很多。

責任編輯：華軒來源： springboot葵花寶典

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