java的深拷贝与浅拷贝

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Java中对象的创建

clone顾名思义就是复制， 在Java语言中， clone方法被对象调用，所以会复制对象。所谓的复制对象，首先要分配一个和源对象同样大小的空间，在这个空间中创建一个新的对象。那么在java语言中，有几种方式可以创建对象呢？ 
1 使用new操作符创建一个对象 2 使用clone方法复制一个对象 
那么这两种方式有什么相同和不同呢？ new操作符的本意是分配内存。程序执行到new操作符时， 首先去看new操作符后面的类型，因为知道了类型，才能知道要分配多大的内存空间。分配完内存之后，再调用构造函数，填充对象的各个域，这一步叫做对象的初始化，构造方法返回后，一个对象创建完毕，可以把他的引用（地址）发布到外部，在外部就可以使用这个引用操纵这个对象。而clone在第一步是和new相似的， 都是分配内存，调用clone方法时，分配的内存和源对象（即调用clone方法的对象）相同，然后再使用原对象中对应的各个域，填充新对象的域， 填充完成之后，clone方法返回，一个新的相同的对象被创建，同样可以把这个新对象的引用发布到外部。 

复制对象 or 复制引用

在Java中，以下类似的代码非常常见：

Person p = new Person(23, "zhang");Person p1 = p;System.out.println(p);System.out.println(p1);

当Person p1 = p;执行之后， 是创建了一个新的对象吗？ 首先看打印结果： com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac

可已看出，打印的地址值是相同的，既然地址都是相同的，那么肯定是同一个对象。p和p1只是引用而已，他们都指向了一个相同的对象Person(23, "zhang") 。 可以把这种现象叫做引用的复制。 （关于引用和对象的区分，可以参考我之前的文章Java中的String为什么是不可变的？ -- String源码分析 ， 其中有一节讲到了引用和对象的区分）。上面代码执行完成之后， 内存中的情景如下图所示： 

而下面的代码是真真正正的克隆了一个对象。

Person p = new Person(23, "zhang");Person p1 = (Person) p.clone();System.out.println(p);System.out.println(p1);

从打印结果可以看出，两个对象的地址是不同的，也就是说创建了新的对象， 而不是把原对象的地址赋给了一个新的引用变量： com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@67f1fba0

以上代码执行完成后， 内存中的情景如下图所示： 

深拷贝 or 浅拷贝

上面的示例代码中，Person中有两个成员变量，分别是name和age， name是String类型， age是int类型。代码非常简单，如下所示：

public class Person implements Cloneable{private int age ;private String name;public Person(int age, String name) {this.age = age;this.name = name;}public Person() {}public int getAge() {return age;}public String getName() {return name;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return (Person)super.clone();}}

由于age是基本数据类型， 那么对它的拷贝没有什么疑议，直接将一个4字节的整数值拷贝过来就行。但是name是String类型的， 它只是一个引用， 指向一个真正的String对象，那么对它的拷贝有两种方式： 直接将源对象中的name的引用值拷贝给新对象的name字段， 或者是根据原Person对象中的name指向的字符串对象创建一个新的相同的字符串对象，将这个新字符串对象的引用赋给新拷贝的Person对象的name字段。这两种拷贝方式分别叫做浅拷贝和深拷贝。深拷贝和浅拷贝的原理如下图所示： 

下面通过代码进行验证。如果两个Person对象的name的地址值相同， 说明两个对象的name都指向同一个String对象， 也就是浅拷贝， 而如果两个对象的name的地址值不同， 那么就说明指向不同的String对象， 也就是在拷贝Person对象的时候， 同时拷贝了name引用的String对象， 也就是深拷贝。验证代码如下：

Person p = new Person(23, "zhang");Person p1 = (Person) p.clone();System.out.println("p.getName().hashCode() : " + p.getName().hashCode());System.out.println("p1.getName().hashCode() : " + p1.getName().hashCode());String result = p.getName().hashCode() == p1.getName().hashCode() ? "clone是浅拷贝的" : "clone是深拷贝的";System.out.println(result);

打印结果为： p.getName().hashCode() : 115864556
p1.getName().hashCode() : 115864556
clone是浅拷贝的

所以，clone方法执行的是浅拷贝， 在编写程序时要注意这个细节。 

覆盖Object中的clone方法， 实现深拷贝

现在为了要在clone对象时进行深拷贝， 那么就要Clonable接口，覆盖并实现clone方法，除了调用父类中的clone方法得到新的对象， 还要将该类中的引用变量也clone出来。如果只是用Object中默认的clone方法，是浅拷贝的，再次以下面的代码验证： 

static class Body implements Cloneable{public Head head;public Body() {}public Body(Head head) {this.head = head;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}}static class Head /*implements Cloneable*/{public  Face face;public Head() {}public Head(Face face){this.face = face;}} public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {Body body = new Body(new Head());Body body1 = (Body) body.clone();System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) );System.out.println("body.head == body1.head : " +  (body.head == body1.head));}

在以上代码中， 有两个主要的类， 分别为Body和Face， 在Body类中， 组合了一个Face对象。当对Body对象进行clone时， 它组合的Face对象只进行浅拷贝。打印结果可以验证该结论： body == body1 : false
body.head == body1.head : true

如果要使Body对象在clone时进行深拷贝， 那么就要在Body的clone方法中，将源对象引用的Head对象也clone一份。 

static class Body implements Cloneable{public Head head;public Body() {}public Body(Head head) {this.head = head;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {Body newBody =  (Body) super.clone();newBody.head = (Head) head.clone();return newBody;}}static class Head implements Cloneable{public  Face face;public Head() {}public Head(Face face){this.face = face;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}} public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {Body body = new Body(new Head());Body body1 = (Body) body.clone();System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) );System.out.println("body.head == body1.head : " +  (body.head == body1.head));}

打印结果为： body == body1 : false
body.head == body1.head : false

由此可见， body和body1内的head引用指向了不同的Head对象， 也就是说在clone Body对象的同时， 也拷贝了它所引用的Head对象， 进行了深拷贝。 

真的是深拷贝吗

由上一节的内容可以得出如下结论：如果想要深拷贝一个对象， 这个对象必须要实现Cloneable接口，实现clone方法，并且在clone方法内部，把该对象引用的其他对象也要clone一份 ， 这就要求这个被引用的对象必须也要实现Cloneable接口并且实现clone方法。 
那么，按照上面的结论， Body类组合了Head类， 而Head类组合了Face类，要想深拷贝Body类，必须在Body类的clone方法中将Head类也要拷贝一份，但是在拷贝Head类时，默认执行的是浅拷贝，也就是说Head中组合的Face对象并不会被拷贝。验证代码如下：（这里本来只给出Face类的代码就可以了， 但是为了阅读起来具有连贯性，避免丢失上下文信息， 还是给出整个程序，整个程序也非常简短）

static class Body implements Cloneable{public Head head;public Body() {}public Body(Head head) {this.head = head;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {Body newBody =  (Body) super.clone();newBody.head = (Head) head.clone();return newBody;}}static class Head implements Cloneable{public  Face face;public Head() {}public Head(Face face){this.face = face;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}} static class Face{}public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {Body body = new Body(new Head(new Face()));Body body1 = (Body) body.clone();System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) );System.out.println("body.head == body1.head : " +  (body.head == body1.head));System.out.println("body.head.face == body1.head.face : " +  (body.head.face == body1.head.face));}

打印结果为： body == body1 : false
body.head == body1.head : false
body.head.face == body1.head.face : true

内存结构图如下图所示： 

那么，对Body对象来说，算是这算是深拷贝吗？其实应该算是深拷贝，因为对Body对象内所引用的其他对象（目前只有Head）都进行了拷贝，也就是说两个独立的Body对象内的head引用已经指向了独立的两个Head对象。但是，这对于两个Head对象来说，他们指向了同一个Face对象，这就说明，两个Body对象还是有一定的联系，并没有完全的独立。这应该说是一种不彻底的深拷贝。 

如何进行彻底的深拷贝

对于上面的例子来说，怎样才能保证两个Body对象完全独立呢？只要在拷贝Head对象的时候，也将Face对象拷贝一份就可以了。这需要让Face类也实现Cloneable接口，实现clone方法，并且在在Head对象的clone方法中，拷贝它所引用的Face对象。修改的部分代码如下：

static class Head implements Cloneable{public  Face face;public Head() {}public Head(Face face){this.face = face;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {//return super.clone();Head newHead = (Head) super.clone();newHead.face = (Face) this.face.clone();return newHead;}} static class Face implements Cloneable{@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}}

再次运行上面的示例，得到的运行结果如下： body == body1 : false
body.head == body1.head : false
body.head.face == body1.head.face : false

这说名两个Body已经完全独立了，他们间接引用的face对象已经被拷贝，也就是引用了独立的Face对象。内存结构图如下： 
<img src="http://www.2cto.com/uploadfile/Collfiles/20140120/20140120090021289.jpg" alt="" http:="" www.2cto.com="" kf="" ware="" vc="" "="" target="_blank" class="keylink" style="border-width: 0px; padding: 0px; margin: 0px; list-style: none; color: rgb(51, 51, 51); font-family: 宋体; font-size: 14px; width: 545px; height: 311px;">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"http://www.2cto.com/uploadfile/Collfiles/20140120/20140120090021290.jpg" alt="">

写在最后

clone在平时项目的开发中可能用的不是很频繁，但是区分深拷贝和浅拷贝会让我们对java内存结构和运行方式有更深的了解。至于彻底深拷贝，几乎是不可能实现的，原因已经在上一节中进行了说明。深拷贝和彻底深拷贝，在创建不可变对象时，可能对程序有着微妙的影响，可能会决定我们创建的不可变对象是不是真的不可变。clone的一个重要的应用也是用于不可变对象的创建。关于创建不可变对象，我会在后续的文章中进行阐述，敬请期待。