深入理解Java中的克隆

网友投稿 196 2023-07-09


深入理解Java中的克隆

前言

java克隆(Clone)是Java语言的特性之一,但在实际中应用比较少见。但有时候用克隆会更方便更有效率。

对于克隆(Clone),Java有一些限制:

1、被克隆的类必须自己实现Cloneable 接口,以指示 Object.clone() 方法可以合法地对该类实例进行按字段复制。Cloneable 接口实际上是个标识接口,没有任何接口方法。

2、实现Cloneable接口的类应该使用公共方法重写 Object.clone(它是受保护的)。某个对象实现了此接口就克隆它是不可能的。即使 clone 方法是反射性调用的,也无法保证它将获得成功。

3、在Java.lang.Object类中克隆方法是这么定义的:

protected Object clone()

throws CloneNotSupportedException

创建并返回此对象的一个副本。表明是一个受保护的方法,同一个包中可见。

按照惯例,返回的对象应该通过调用 super.clone 获得。

Java中的赋值

在Java中,赋值是很常用的,一个简单的赋值如下

//原始类型

int a = 1;

int b = a;

//引用类型

String[] weekdays = new String[5];

String[] gongzuori = weekdays;//仅拷贝引用

在上述代码中。

1、如果是原始数据类型,赋值传递的为真实的值

2、如果是引用数据类型,赋值传递的为对象的引用,而不是对象。

了解了数据类型和引用类型的这个区别,便于我们了解clone。

Clone

在Java中,clone是将已有对象在内存中复制出另一个与之相同的对象的过程。java中的克隆为逐域复制。

在Java中想要支持clone方法,需要首先实现Cloneable接口

Cloneable其实是有点奇怪的,它不同与我们常用到的接口,它内部不包含任何方法,它仅仅是一个标记接口。

其源码如下

public interface Cloneable {

}

关于cloneable,需要注意的

1、如果想要支持clone,就需要实现Cloneable 接口

2、如果没有实现Cloneable接口的调用clone方法,会抛出CloneNotSupportedException异常。

然后是重写clone方法,并修改成public访问级别

static class CloneableImp implements Cloneable {

public int count;

public Child child;

@Override

public Object clone() throws CloneNotSupportedException {

return super.clone();

}

}

调用clone方法复制对象

CloneableImp imp1 = new CloneableImp();

imp1.child = new Child("Andy");

try {

Object obj = imp1.clone();

CloneableImp imp2 = (CloneableImp)obj;

System.out.println("main imp2.child.name=" + imp2.child.name);

} catch (CloneNotSupportedException e) {

e.printStackTrace();

}

浅拷贝

上面的代码实现的clone实际上是属于浅拷贝(Shallow Copy)。

关于浅拷贝,你该了解的

1、使用默认的clone方法

2、对于原始数据域进行值拷贝

3、对于引用类型仅拷贝引用

4、执行快,效率高

5、不能做到数据的100%分离。

6、如果一个对象只包含原始数据域或者不可变对象域,推荐使用浅拷贝。

关于无法做到数据分离,我们可以使用这段代码验证

CloneableImp imp1 = new CloneableImp();

imp1.child = new Child("Andy");

try {

Object obj = imp1.clone();

CloneableImp imp2 = (CloneableImp)obj;

imp2.child.name = "Bob";

System.out.println("main imp1.child.name=" + imp1.child.name);

} catch (CloneNotSupportedException e) {

e.printStackTrace();

}

上述代码我们使用了imp1的clone方法克隆出imp2,然后修改 imp2.child.name 为 Bob,然后打印imp1.child.name 得到的结果是

main imp1.child.name=Bob

原因是浅拷贝并没有做到数据的100%分离,imp1和imp2共享同一个Child对象,所以一个修改会影响到另一个。

深拷贝

深拷贝可以解决数据100%分离的问题。只需要对上面代码进行一些修改即可。

1、Child实现Cloneable接口。

public class Child implements Cloneable{

public String name;

ZRLoxQp

public Child(String name) {

this.name = name;

}

@Override

public String toString() {

return "Child [name=" + name + "]";

}

@Override

protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

return super.clone();

}

}

2.重写clone方法,调用数据域的clone方法。

static class CloneableImp implements Cloneable {

public int count;

public Child child;

@Override

public Object clone() throws CloneNotSupportedException {

CloneableImp obj = (CloneableImp)super.clone();

obj.child = (Child) child.clone();

return obj;

}

}

当我们再次修改imp2.child.name就不会影响到imp1.child.name的值了,因为imp1和imp2各自拥有自己的child对象,因为做到了数据的100%隔离。

关于深拷贝的一些特点

1、需要重写clone方法,不仅仅只调用父类的方法,还需调用属性的clone方法

2、做到了原对象与克隆对象之间100%数据分离

3、如果是对象存在引用类型的属性,建议使用深拷贝

4、深拷贝比浅拷贝要更加耗时,效率更低

为什么使用克隆

很重要并且常见的常见就是:某个API需要提供一个List集合,但是又不希望调用者的修改影响到自身的变化,因此需要克隆一份对象,以此达到数据隔离的目的。

应尽量避免clone

1.通常情况下,实现接口是为了表明类可以为它的客户做些什么,而Cloneable仅仅是一个标记接口,而且还改变了超类中的手保护的方法的行为,是接口的一种极端非典型的用法,不值得效仿。

2.Clone方法约定及其脆弱 clone方法的Javadoc描述有点暧昧模糊,如下为 Java SE8的约定

clone方法创建并返回该对象的一个拷贝。而拷贝的精确含义取决于该对象的类。一般的含义是,对于任何对象x,表达式

x.clone() != x 为 true x.clone().getClass() == x.getClass() 也返回true,但非必须 x.clone().equals(x) 也返回true,但也不是必须的

上面的第二个和第三个表达式很容易就返回false。因而唯一能保证永久为true的就是表达式一,即两个对象为独立的对象。

3.可变对象final域 在克隆方法中,如果我们需要对可变对象的final域也进行拷贝,由于final的限制,所以实际上是无法编译通过的。因此为了实现克隆,我们需要考虑舍去该可变对象域的final关键字。

4.线程安全 如果你决定用线程安全的类实现Cloneable接口,需要保证它的clone方法做好同步工作。默认的Object.clone方法是没有做同步的。

总的来说,java中的clone方法实际上并不是完善的,建议尽量避免使用。如下是一些替代方案。

Copy constructors

使用复制构造器也可以实现对象的拷贝。

1、复制构造器也是构造器的一种

2、只接受一个参数,参数类型为当前的类

3、目的是生成一个与参数相同的新对象

4、复制构造器相比clone方法的优势是简单,易于实现。

一段使用了复制构造器的代码示例

public class Car {

Wheel wheel;

String manufacturer;

public Car(Wheel wheel, String manufacturer) {

this.wheel = wheel;

this.manufacturer = manufacturer;

}

//copy constructor

public Car(Car car) {

this(car.wheel, car.manufacturer);

}

public static class Wheel {

String brand;

}

}

注意,上面的代码实现为浅拷贝,如果想要实现深拷贝,参考如下代码

//copy constructor

public Car(Car car) {

Wheel wheel = new Wheel();

wheel.brand = car.wheel.brand;

this.wheel = wheel;

this.manufacturer = car.manufacturer;

}

为了更加便捷,我们还可以为上述类增加一个静态的方法

public static Car newInstance(Car car) {

return new Car(car);

}

使用Serializable实现深拷贝

其实,使用序列化也可以实现对象的深拷贝。简略代码如下

public class DeepCopyExample implements Serializable{

private static final long serialVersionUID = 6098694917984051357L;

public Child child;

public DeepCopyExample copy() {

DeepCopyExample copy = null;

try {

ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();

ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(baos);

oos.writeObject(this);

ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray());

ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bais);

copy = (DeepCopyExample) ois.readObject();

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

} catch (ClassNotFoundException e) {

e.printStackTrace();

}

return cophttp://y;

}

}

其中,Child必须实现Serializable接口

public class Child implements Serializable{

private static final long serialVersionUID = 6832122780722711261L;

public String name = "";

public Child(String name) {

this.name = name;

}

@Override

public String toString() {

return "Child [name=" + name + "]";

}

}

使用示例兼测试代码

DeepCopyExample example = new DeepCopyExample();

example.child = new Child("Example");

DeepCopyExample copy = example.copy();

if (copy != null) {

copy.child.name = "Copied";

System.out.println("example.child=" + example.child + ";copy.child=" + copy.child);

}

//输出结果:example.child=Child [name=Example];copy.child=Child [name=Copied]

由输出结果来看,copy对象的child值修改不影响example对象的child值,即使用序列化可以实现对象的深拷贝。

总结

以上就是Java中克隆的全部内容,希望本文对大家学习Java能有所帮助。


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