是時(shí)候捋一捋Java的深淺拷貝了

在開發(fā)、刷題、面試中，我們可能會(huì)遇到將一個(gè)對(duì)象的屬性賦值到另一個(gè)對(duì)象的情況，這種情況就叫做拷貝。拷貝與Java內(nèi)存結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，搞懂Java深淺拷貝是很必要的！

在對(duì)象的拷貝中，很多初學(xué)者可能搞不清到底是拷貝了引用還是拷貝了對(duì)象。在拷貝中這里就分為引用拷貝、淺拷貝、深拷貝進(jìn)行講述。

引用拷貝

引用拷貝會(huì)生成一個(gè)新的對(duì)象引用地址，但是兩個(gè)最終指向依然是同一個(gè)對(duì)象。如何更好的理解引用拷貝呢？很簡(jiǎn)單，就拿我們?nèi)藖碚f，通常有個(gè)姓名，但是不同場(chǎng)合、人物對(duì)我們的叫法可能不同，但我們很清楚哪些名稱都是屬于"我"的！

當(dāng)然，通過一個(gè)代碼示例讓大家領(lǐng)略一下(為了簡(jiǎn)便就不寫get、set等方法)：

class?Son?{
????String?name;
????int?age;

????public?Son(String?name,?int?age)?{
????????this.name?=?name;
????????this.age?=?age;
????}
}
public?class?test?{
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????Son?s1?=?new?Son("son1",?12);
????????Son?s2?=?s1;
????????s1.age?=?22;
????????System.out.println(s1);
????????System.out.println(s2);
????????System.out.println("s1的age:"?+?s1.age);
????????System.out.println("s2的age:"?+?s2.age);
????????System.out.println("s1==s2"?+?(s1?==?s2));//相等
????}
}

輸出的結(jié)果為：

Son@135fbaa4
Son@135fbaa4
s1的age:22
s2的age:22
true

淺拷貝

如何創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，將目標(biāo)對(duì)象的內(nèi)容復(fù)制過來而不是直接拷貝引用呢？

這里先講一下淺拷貝，淺拷貝會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象，新對(duì)象和原對(duì)象本身沒有任何關(guān)系，新對(duì)象和原對(duì)象不等，但是新對(duì)象的屬性和老對(duì)象相同。具體可以看如下區(qū)別：

• 如果屬性是基本類型(int,double,long,boolean等)，拷貝的就是基本類型的值；

• 如果屬性是引用類型，拷貝的就是內(nèi)存地址（即復(fù)制引用但不復(fù)制引用的對(duì)象） ，因此如果其中一個(gè)對(duì)象改變了這個(gè)地址，就會(huì)影響到另一個(gè)對(duì)象。

如果用一張圖來描述一下淺拷貝，它應(yīng)該是這樣的：

如何實(shí)現(xiàn)淺拷貝呢？也很簡(jiǎn)單，就是在需要拷貝的類上實(shí)現(xiàn)Cloneable接口并重寫其clone()方法。

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

在使用的時(shí)候直接調(diào)用類的clone()方法即可。具體案例如下：

class?Father{
????String?name;
????public?Father(String?name)?{
????????this.name=name;
????}
????@Override
????public?String?toString()?{
????????return?"Father{"?+
????????????????"name='"?+?name?+?'\''?+
????????????????'}';
????}
}
class?Son?implements?Cloneable?{
????int?age;
????String?name;
????Father?father;
????public?Son(String?name,int?age)?{
????????this.age=age;
????????this.name?=?name;
????}
????public?Son(String?name,int?age,?Father?father)?{
????????this.age=age;
????????this.name?=?name;
????????this.father?=?father;
????}
????@Override
????public?String?toString()?{
????????return?"Son{"?+
????????????????"age="?+?age?+
????????????????",?name='"?+?name?+?'\''?+
????????????????",?father="?+?father?+
????????????????'}';
????}
????@Override
????protected?Son?clone()?throws?CloneNotSupportedException?{
????????return?(Son)?super.clone();
????}
}
public?class?test?{
????public?static?void?main(String[]?args)?throws?CloneNotSupportedException?{
????????Father?f=new?Father("bigFather");
????????Son?s1?=?new?Son("son1",13);
????????s1.father=f;
????????Son?s2?=?s1.clone();

????????System.out.println(s1);
????????System.out.println(s2);
????????System.out.println("s1==s2:"+(s1?==?s2));//不相等
????????System.out.println("s1.name==s2.name:"+(s1.name?==?s2.name));//相等
????????System.out.println();

????????//但是他們的Father?father?和String?name的引用一樣
????????s1.age=12;
????????s1.father.name="smallFather";//s1.father引用未變
????????s1.name="son222";//類似?s1.name=new?String("son222")?引用發(fā)生變化
????????System.out.println("s1.Father==s2.Father:"+(s1.father?==?s2.father));//相等
????????System.out.println("s1.name==s2.name:"+(s1.name?==?s2.name));//不相等
????????System.out.println(s1);
????????System.out.println(s2);
????}
}

運(yùn)行結(jié)果為：

Son{age=13,?name='son1',?father=Father{name='bigFather'}}
Son{age=13,?name='son1',?father=Father{name='bigFather'}}
s1==s2:false
s1.name==s2.name:true//此時(shí)相等

s1.Father==s2.Father:true
s1.name==s2.name:false//修改引用后不等
Son{age=12,?name='son222',?father=Father{name='smallFather'}}
Son{age=13,?name='son1',?father=Father{name='smallFather'}}

不出意外，這種淺拷貝除了對(duì)象本身不同以外，各個(gè)零部件和關(guān)系和拷貝對(duì)象都是相同的，就好像雙胞胎一樣，是兩個(gè)人，但是其開始的樣貌、各種關(guān)系(父母親人)都是相同的。需要注意的是其中name初始==是相等的，是因?yàn)槌跏紲\拷貝它們指向一個(gè)相同的String，而后s1.name="son222"?則改變引用指向。

深拷貝

對(duì)于上述的問題雖然拷貝的兩個(gè)對(duì)象不同，但其內(nèi)部的一些引用還是相同的，怎么樣絕對(duì)的拷貝這個(gè)對(duì)象，使這個(gè)對(duì)象完全獨(dú)立于原對(duì)象呢？就使用我們的深拷貝了。深拷貝：在對(duì)引用數(shù)據(jù)類型進(jìn)行拷貝的時(shí)候，創(chuàng)建了一個(gè)新的對(duì)象，并且復(fù)制其內(nèi)的成員變量。

在具體實(shí)現(xiàn)深拷貝上，這里提供兩個(gè)方式，重寫clone()方法和序列法。

重寫clone()方法

如果使用重寫clone()方法實(shí)現(xiàn)深拷貝，那么要將類中所有自定義引用變量的類也去實(shí)現(xiàn)Cloneable接口實(shí)現(xiàn)clone()方法。對(duì)于字符類可以創(chuàng)建一個(gè)新的字符串實(shí)現(xiàn)拷貝。

對(duì)于上述代碼，F(xiàn)ather類實(shí)現(xiàn)Cloneable接口并重寫clone()方法。son的clone()方法需要對(duì)各個(gè)引用都拷貝一遍。

//Father?clone()方法
@Override
protected?Father?clone()?throws?CloneNotSupportedException?{
????return?(Father)?super.clone();
}
//Son?clone()方法
@Override
protected?Son?clone()?throws?CloneNotSupportedException?{
????Son?son=?(Son)?super.clone();//待返回拷貝的對(duì)象
????son.name=new?String(name);
????son.father=father.clone();
????return?son;
}

其他代碼不變，執(zhí)行結(jié)果如下：

Son{age=13,?name='son1',?father=Father{name='bigFather'}}
Son{age=13,?name='son1',?father=Father{name='bigFather'}}
s1==s2:false
s1.name==s2.name:false

s1.Father==s2.Father:false
s1.name==s2.name:false
Son{age=12,?name='son222',?father=Father{name='smallFather'}}
Son{age=13,?name='son1',?father=Father{name='bigFather'}}

序列化

可以發(fā)現(xiàn)這種方式實(shí)現(xiàn)了深拷貝。但是這種情況有個(gè)問題，如果引用數(shù)量或者層數(shù)太多了怎么辦呢？

不可能去每個(gè)對(duì)象挨個(gè)寫clone()吧？那怎么辦呢？借助序列化啊。

因?yàn)樾蛄谢螅簩⒍M(jìn)制字節(jié)流內(nèi)容寫到一個(gè)媒介（文本或字節(jié)數(shù)組），然后是從這個(gè)媒介讀取數(shù)據(jù)，原對(duì)象寫入這個(gè)媒介后拷貝給clone對(duì)象，原對(duì)象的修改不會(huì)影響clone對(duì)象，因?yàn)閏lone對(duì)象是從這個(gè)媒介讀取。

熟悉對(duì)象緩存的知道我們經(jīng)常將Java對(duì)象緩存到Redis中，然后還可能從Redis中讀取生成Java對(duì)象，這就用到序列化和反序列化。一般可以將Java對(duì)象存儲(chǔ)為字節(jié)流或者json串然后反序列化成Java對(duì)象。因?yàn)樾蛄谢瘯?huì)儲(chǔ)存對(duì)象的屬性但是不會(huì)也無法存儲(chǔ)對(duì)象在內(nèi)存中地址相關(guān)信息。所以在反序列化成Java對(duì)象時(shí)候會(huì)重新創(chuàng)建所有的引用對(duì)象。

在具體實(shí)現(xiàn)上，自定義的類需要實(shí)現(xiàn)Serializable接口。在需要深拷貝的類(Son)中定義一個(gè)函數(shù)返回該類對(duì)象：

protected?Son?deepClone()?throws?IOException,?ClassNotFoundException?{
??????Son?son=null;
??????//在內(nèi)存中創(chuàng)建一個(gè)字節(jié)數(shù)組緩沖區(qū)，所有發(fā)送到輸出流的數(shù)據(jù)保存在該字節(jié)數(shù)組中
??????//默認(rèn)創(chuàng)建一個(gè)大小為32的緩沖區(qū)
??????ByteArrayOutputStream?byOut=new?ByteArrayOutputStream();
??????//對(duì)象的序列化輸出
??????ObjectOutputStream?outputStream=new?ObjectOutputStream(byOut);//通過字節(jié)數(shù)組的方式進(jìn)行傳輸
??????outputStream.writeObject(this);??//將當(dāng)前student對(duì)象寫入字節(jié)數(shù)組中

??????//在內(nèi)存中創(chuàng)建一個(gè)字節(jié)數(shù)組緩沖區(qū)，從輸入流讀取的數(shù)據(jù)保存在該字節(jié)數(shù)組緩沖區(qū)
??????ByteArrayInputStream?byIn=new?ByteArrayInputStream(byOut.toByteArray());?//接收字節(jié)數(shù)組作為參數(shù)進(jìn)行創(chuàng)建
??????ObjectInputStream?inputStream=new?ObjectInputStream(byIn);
??????son=(Son)?inputStream.readObject();?//從字節(jié)數(shù)組中讀取
??????return??son;
}

使用時(shí)候調(diào)用我們寫的方法即可，其他不變，實(shí)現(xiàn)的效果為：

Son{age=13,?name='son1',?father=Father{name='bigFather'}}
Son{age=13,?name='son1',?father=Father{name='bigFather'}}
s1==s2:false
s1.name==s2.name:false

s1.Father==s2.Father:false
s1.name==s2.name:false
Son{age=12,?name='son222',?father=Father{name='smallFather'}}
Son{age=13,?name='son1',?father=Father{name='bigFather'}}

當(dāng)然這是對(duì)象的拷貝，對(duì)于數(shù)組的拷貝將在下一篇進(jìn)行更細(xì)致的研究！

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