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一文搞懂Java克隆及深拷貝與淺拷貝的區(qū)別

更新時(shí)間：2023年08月02日 11:52:44 作者：蜀山劍客李沐白

在編程中,通常通過(guò)實(shí)現(xiàn)Cloneable接口和重寫(xiě)clone方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)象的克隆,然而,需要注意的是克隆操作可能存在深拷貝和淺拷貝的區(qū)別,在使用時(shí)需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的克隆方式,本文就給大家詳細(xì)講講什么是克隆以及深拷貝與淺拷貝的區(qū)別,需要的朋友可以參考下

什么是克隆，為什么在編程中使用克隆

克隆是指創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象的副本，使得新創(chuàng)建的對(duì)象在內(nèi)容上與原始對(duì)象相同。在編程中，克隆是常用的技術(shù)之一，它具有以下幾個(gè)重要用途和優(yōu)勢(shì)：

復(fù)制對(duì)象：使用克隆可以創(chuàng)建一個(gè)與原始對(duì)象相同的新對(duì)象，包括對(duì)象的屬性和狀態(tài)。這樣可以在不影響原始對(duì)象的情況下，對(duì)新對(duì)象進(jìn)行修改、操作、傳遞等。這在某些場(chǎng)景下非常有用，可以避免重新創(chuàng)建和初始化一個(gè)對(duì)象。
隔離性與保護(hù)：通過(guò)克隆，可以創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立于原始對(duì)象的副本。這樣，修改克隆對(duì)象時(shí)，不會(huì)影響到原始對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)象之間的隔離性。這對(duì)于多線程環(huán)境下的并發(fā)操作或者保護(hù)重要數(shù)據(jù)具有重要意義。
性能優(yōu)化：有時(shí)候，通過(guò)克隆對(duì)象可以提高程序的性能。在某些場(chǎng)景下，對(duì)象的創(chuàng)建和初始化過(guò)程可能較為耗時(shí)，如果需要多次使用這個(gè)對(duì)象，通過(guò)克隆原始對(duì)象可以避免重復(fù)的創(chuàng)建和初始化過(guò)程，從而提高程序的執(zhí)行效率。
原型模式：克隆在設(shè)計(jì)模式中有一個(gè)重要的角色，即原型模式。原型模式通過(guò)克隆來(lái)創(chuàng)建對(duì)象的實(shí)例，而不是使用傳統(tǒng)的構(gòu)造函數(shù)。這樣可以提供更靈活的對(duì)象創(chuàng)建方式，并且避免了頻繁的子類(lèi)化。

在編程中，通常通過(guò)實(shí)現(xiàn)Cloneable接口和重寫(xiě)clone方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)象的克隆。然而，需要注意的是克隆操作可能存在深拷貝和淺拷貝的區(qū)別，在使用時(shí)需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的克隆方式。

什么是深拷貝和淺拷貝

深拷貝（Deep Copy）和淺拷貝（Shallow Copy）是在克隆（Clone）操作中經(jīng)常遇到的兩個(gè)概念，它們描述了克隆操作對(duì)于對(duì)象內(nèi)部引用的處理方式。

淺拷貝（Shallow Copy）：
- 淺拷貝指在克隆操作中，只復(fù)制對(duì)象本身以及對(duì)象內(nèi)部的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的屬性，而不復(fù)制對(duì)象內(nèi)部的引用類(lèi)型的屬性。
- 淺拷貝僅僅創(chuàng)建了一個(gè)新對(duì)象，該對(duì)象與原始對(duì)象共享對(duì)同一引用類(lèi)型屬性的訪問(wèn)。如果原始對(duì)象的引用類(lèi)型屬性被修改，淺拷貝的對(duì)象也會(huì)受到影響。
- 在淺拷貝中，新對(duì)象和原始對(duì)象指向同一塊內(nèi)存區(qū)域，因此對(duì)其中一個(gè)對(duì)象進(jìn)行修改可能會(huì)影響到另一個(gè)對(duì)象。
深拷貝（Deep Copy）：
- 深拷貝指在克隆操作中，除了復(fù)制對(duì)象本身以及對(duì)象內(nèi)部的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的屬性外，還要遞歸地復(fù)制對(duì)象內(nèi)部的引用類(lèi)型的屬性。即深度克隆了所有引用類(lèi)型的屬性。
- 深拷貝創(chuàng)建了一個(gè)完全獨(dú)立的新對(duì)象，該對(duì)象與原始對(duì)象沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)，對(duì)新對(duì)象和原始對(duì)象的修改互不影響。
- 在深拷貝中，新對(duì)象和原始對(duì)象分別對(duì)應(yīng)不同的內(nèi)存區(qū)域，它們之間不存在引用關(guān)系，因此修改其中一個(gè)對(duì)象不會(huì)影響到另一個(gè)對(duì)象。

為了實(shí)現(xiàn)深拷貝，需要對(duì)對(duì)象內(nèi)部的引用類(lèi)型屬性進(jìn)行遞歸復(fù)制。常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)深拷貝的方式包括：

通過(guò)序列化和反序列化：將對(duì)象序列化為字節(jié)流，然后再反序列化為新的對(duì)象，這樣可以創(chuàng)建一個(gè)與原始對(duì)象完全獨(dú)立的副本。
通過(guò)逐個(gè)復(fù)制引用類(lèi)型屬性：對(duì)于每個(gè)引用類(lèi)型的屬性，創(chuàng)建一個(gè)新的實(shí)例并將原始對(duì)象屬性的內(nèi)容復(fù)制到新的實(shí)例中。

需要注意的是，并非所有對(duì)象都能進(jìn)行深拷貝。某些對(duì)象或者類(lèi)中的屬性可能是不可變的，無(wú)需拷貝；某些對(duì)象可能包含循環(huán)引用，無(wú)法完全復(fù)制。因此，在進(jìn)行克隆操作時(shí)，需要根據(jù)具體情況選擇合適的拷貝方式。

深拷貝和淺拷貝的主要區(qū)別在于對(duì)于對(duì)象內(nèi)部引用類(lèi)型屬性的處理方式。

數(shù)據(jù)復(fù)制層次的深度：
- 淺拷貝只復(fù)制對(duì)象本身以及對(duì)象內(nèi)部的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的屬性，不會(huì)遞歸地復(fù)制引用類(lèi)型的屬性。因此，在淺拷貝中，新對(duì)象和原始對(duì)象共享對(duì)同一引用類(lèi)型屬性的訪問(wèn)。
- 深拷貝除了復(fù)制對(duì)象本身和基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的屬性外，還會(huì)遞歸地復(fù)制對(duì)象內(nèi)部的引用類(lèi)型的屬性。這樣，深拷貝創(chuàng)建了一個(gè)完全獨(dú)立的新對(duì)象，與原始對(duì)象沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)。
對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)性：
- 淺拷貝得到的新對(duì)象與原始對(duì)象共享對(duì)同一引用類(lèi)型屬性的訪問(wèn)。如果對(duì)其中一個(gè)對(duì)象的引用類(lèi)型屬性進(jìn)行修改，另一個(gè)對(duì)象也會(huì)受到影響。
- 深拷貝得到的新對(duì)象與原始對(duì)象沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)，修改其中一個(gè)對(duì)象的引用類(lèi)型屬性不會(huì)影響到另一個(gè)對(duì)象。
內(nèi)存區(qū)域的分配：
- 在淺拷貝中，新對(duì)象和原始對(duì)象指向同一塊內(nèi)存區(qū)域。因此，對(duì)其中一個(gè)對(duì)象進(jìn)行修改可能會(huì)影響到另一個(gè)對(duì)象。
- 在深拷貝中，新對(duì)象和原始對(duì)象分別對(duì)應(yīng)不同的內(nèi)存區(qū)域，它們之間不存在引用關(guān)系，因此修改其中一個(gè)對(duì)象不會(huì)影響到另一個(gè)對(duì)象。

淺拷貝示例

實(shí)現(xiàn) Cloneable 接口和重寫(xiě) clone() 方法：

Java 中的 Cloneable 接口是一個(gè)標(biāo)記接口，沒(méi)有定義任何方法。通過(guò)實(shí)現(xiàn) Cloneable 接口并重寫(xiě) clone() 方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)象的淺拷貝。
在 clone() 方法中，調(diào)用父類(lèi)的 clone() 方法，并將其返回值進(jìn)行類(lèi)型轉(zhuǎn)換即可完成淺拷貝。

下面是一個(gè)示例代碼，演示了如何使用 Cloneable 接口和 clone() 方法實(shí)現(xiàn)淺拷貝：

class Person implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person person1 = new Person("Alice", 25);
        try {
            // 淺拷貝
            Person person2 = (Person) person1.clone();
            System.out.println(person1.getName() + " " + person1.getAge()); // Alice 25
            System.out.println(person2.getName() + " " + person2.getAge()); // Alice 25
            person2.setName("Bob");
            person2.setAge(30);
            System.out.println(person1.getName() + " " + person1.getAge()); // Alice 25
            System.out.println(person2.getName() + " " + person2.getAge()); // Bob 30
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在上述示例中，我們創(chuàng)建了一個(gè) Person 類(lèi)，并實(shí)現(xiàn)了 Cloneable 接口。在 clone() 方法中直接調(diào)用了父類(lèi)的 clone() 方法，并進(jìn)行了類(lèi)型轉(zhuǎn)換。通過(guò)調(diào)用 clone() 方法，可以得到一個(gè)新的對(duì)象 person2，它與原始對(duì)象 person1 具有相同的屬性值。當(dāng)修改 person2 的屬性時(shí)，不會(huì)影響到 person1。

深拷貝示例

使用序列化和反序列化：

將對(duì)象寫(xiě)入到字節(jié)流中，然后再?gòu)淖止?jié)流中讀取出來(lái)，這個(gè)過(guò)程會(huì)重新創(chuàng)建一個(gè)完全獨(dú)立的對(duì)象，實(shí)現(xiàn)了深拷貝。
為了實(shí)現(xiàn)深拷貝，需要將對(duì)象及其關(guān)聯(lián)的對(duì)象都實(shí)現(xiàn)序列化。

下面是一個(gè)示例代碼，演示了如何使用序列化和反序列化實(shí)現(xiàn)深拷貝：

import java.io.*;
class Address implements Serializable {
    private String city;
    private String street;
    public Address(String city, String street) {
        this.city = city;
        this.street = street;
    }
    public void setCity(String city) {
        this.city = city;
    }
    public void setStreet(String street) {
        this.street = street;
    }
    public String getCity() {
        return city;
    }
    public String getStreet() {
        return street;
    }
}
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 void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public void setAddress(Address address) {
        this.address = address;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public Address getAddress() {
        return address;
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Address address = new Address("City", "Street");
        Person person1 = new Person("Alice", 25, address);
        // 深拷貝
        Person person2 = deepCopy(person1);
        System.out.println(person1.getName() + " " + person1.getAge() + " " + person1.getAddress().getCity()); // Alice 25 City
        System.out.println(person2.getName() + " " + person2.getAge() + " " + person2.getAddress().getCity()); // Alice 25 City
        person2.setName("Bob");
        person2.setAge(30);
        person2.getAddress().setCity("New City");
        System.out.println(person1.getName() + " " + person1.getAge() + " " + person1.getAddress().getCity()); // Alice 25 City
        System.out.println(person2.getName() + " " + person2.getAge() + " " + person2.getAddress().getCity()); // Bob 30 New City
    }
    public static <T extends Serializable> T deepCopy(T object) {
        try {
            ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);
            objectOutputStream.writeObject(object);
            objectOutputStream.flush();
            ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray());
            ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(byteArrayInputStream);
            return (T) objectInputStream.readObject();
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

在上述示例中，我們創(chuàng)建了一個(gè) Address 類(lèi)和一個(gè) Person 類(lèi)，它們都實(shí)現(xiàn)了 Serializable 接口。通過(guò)序列化和反序列化操作，我們可以實(shí)現(xiàn)深拷貝。在 deepCopy() 方法中，我們使用字節(jié)流將對(duì)象寫(xiě)入到內(nèi)存中，并從內(nèi)存中讀取出來(lái)，從而得到一個(gè)新的獨(dú)立對(duì)象。通過(guò)調(diào)用 deepCopy() 方法，可以得到一個(gè)新的對(duì)象 person2，它與原始對(duì)象 person1 完全獨(dú)立。在修改 person2 的屬性時(shí)，不會(huì)影響到 person1。值得注意的是，要實(shí)現(xiàn)深拷貝，所有相關(guān)的類(lèi)都需要實(shí)現(xiàn) Serializable 接口。

深拷貝和淺拷貝的區(qū)別

深拷貝（Deep Copy）：

適用場(chǎng)景：
- 當(dāng)源對(duì)象包含引用類(lèi)型的屬性時(shí)，如果需要復(fù)制對(duì)象及其子對(duì)象的所有屬性，而不僅僅只是復(fù)制引用，就需要使用深拷貝。
- 當(dāng)希望修改副本對(duì)象的屬性不影響原始對(duì)象時(shí)，需要使用深拷貝。
工作原理：
- 深拷貝將源對(duì)象及其關(guān)聯(lián)的全部對(duì)象進(jìn)行遞歸復(fù)制，每個(gè)對(duì)象都擁有獨(dú)立的內(nèi)存空間，修改副本對(duì)象不會(huì)影響原始對(duì)象。
實(shí)現(xiàn)方式：
- 使用遞歸或者拷貝構(gòu)造函數(shù)來(lái)復(fù)制對(duì)象及其子對(duì)象的屬性。
示例場(chǎng)景：
- 復(fù)制復(fù)雜對(duì)象的副本，使其成為獨(dú)立的個(gè)體，例如：拷貝一個(gè)包含集合、嵌套對(duì)象等的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
- 對(duì)象圖的克隆，當(dāng)原對(duì)象包含子對(duì)象，并且對(duì)子對(duì)象的修改不應(yīng)該影響原對(duì)象時(shí)。

淺拷貝（Shallow Copy）：

適用場(chǎng)景：
- 當(dāng)源對(duì)象的屬性全為基本數(shù)據(jù)類(lèi)型或者不可變對(duì)象，并且不需要復(fù)制引用類(lèi)型的屬性時(shí)，可以使用淺拷貝。
- 當(dāng)希望修改副本對(duì)象的屬性同時(shí)影響原始對(duì)象時(shí)，可以使用淺拷貝。
工作原理：
- 淺拷貝只復(fù)制對(duì)象及其引用，而不復(fù)制引用指向的實(shí)際對(duì)象，新舊對(duì)象將共享同一個(gè)引用對(duì)象。修改副本對(duì)象會(huì)影響原始對(duì)象。
實(shí)現(xiàn)方式：
- 通常使用對(duì)象的 clone() 方法來(lái)進(jìn)行淺拷貝。
示例場(chǎng)景：
- 快速創(chuàng)建對(duì)象副本，以便在某些操作中對(duì)其進(jìn)行修改，同時(shí)保留原始對(duì)象。
- 在某些情況下，共享一部分?jǐn)?shù)據(jù)以節(jié)省內(nèi)存和提高性能。