深入浅出| java中的clone方法

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克隆和复制

clone,有人称之为克隆,有人称之为复制,其实都是同一个东西

本文称之为”克隆”,毕竟人家方法名叫”clone”

为什要用克隆

想一想,为什么需要克隆?为什么不重新new一个?道理很简单,目的是想要两个相同的对象,重新new一个还得自己重新赋值,太麻烦

如何克隆一个对象？

如果是个初学者,可能会这么写

public class Student {
    String name;

    public Student(String name) {
        super();
        this.name = name;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public static void main(String[] args){
        Student stu1 = new Student("小明");
        Student stu2 = stu1;
    }

}

这确实是做了克隆,但只是克隆了引用变量

来验证一下

 System.out.println("stu1:"+stu1.getName()+"
      stu2:"+stu2.getName());
      System.out.println("stu1 == stu2 : "+(stu1 == stu2));
      //改名字
      stu1.setName("小张");
      System.out.println("改名后 stu1:"+stu1.getName()+"
      stu2:"+stu2.getName());
//输出
stu1:小明  stu2:小明
stu1 == stu2 : true
改名后 stu1:小张  stu2:小张

修改了stu1的名字后,stu2的名字也随着改变

可以看出,两个引用stu1和stu2指向同一个对象

如图

你需要的是这样的克隆?

回想一下,平时真正需要的是两个不同对象

Object类中的clone

先来看下clone的源码,在Object类中

/*
Creates and returns a copy of this object. The precise meaning of "copy" may depend on the class of the object.
The general intent is that, for any object x, the expression:
1) x.clone() != x will be true
2) x.clone().getClass() == x.getClass() will be true, but these are not absolute requirements.
3) x.clone().equals(x) will be true, this is not an absolute requirement.
*/
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

仔细看,它是个native方法,native方法是由非java语言实现的(因为java本身无法直接对操作底层进行访问和操作,需要通过其他语言实现)

注释主要说明了3点:

1. 克隆对象和原对象不是同一个对象,占用不同的内存地址

2. 克隆对象和原对象应该具有相同的类型，但它不是强制性的

3. 克隆对象和原对象使用equals()方法比较应该是相等的，但它不是强制性的

因为每个类的基类都是Object,所以都有clone方法,但是它是protected,所以不能在类外访问

克隆一个对象,需要对clone重写

如何实现克隆

在说实现前,得区分下浅克隆和深克隆

• 浅克隆：原对象和克隆对象不同,但对象内的成员引用相同

• 深克隆：原对象和克隆对象不同,且对象内的成员引用也不同
  
  不同:不是同一个对象,所占内存地址不同

成员引用:类中为引用类型的成员

以图说明，更形象些

男孩比喻为一个类,电脑比喻为类中的成员引用

• 一个男孩拥有一台电脑,通过浅克隆后,成了两个男孩,但他们共享一台电脑

• 一个男孩拥有一台电脑,通过深克隆后,成了两个男孩,他们拥有各自的电脑

浅克隆

//学生类
public class Student implements Cloneable{
    private String name;
    private Integer age;
    private Bag bag;

    public Student(String name,Integer age,Bag bag) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.bag = bag;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }

    public Bag getBag() {
        return bag;
    }

     public void setBag(Bag bag) {
        this.bag = bag;
    }

    @Override
    public Student clone(){
        Student stu = null;
        try{
            stu = (Student)super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        return stu;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", bag=" + bag.getName() +
                '}';
    }
}

//背包类
public class Bag {
    private String name;

    public Bag(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

//测试类
public class Test {
    public static void main(String[] args){
        Student stu1 = new Student("小明",25,new Bag("小明的背包"));
        Student stu2 = stu1.clone();
        System.out.println("两对象是否相等");
        System.out.println("stu1 == stu2 "+(stu1 == stu2));
        System.out.println("stu1 "+stu1.toString());
        System.out.println("stu2 "+stu2.toString());
        System.out.println("对象内引用成员是否相等");
        System.out.println("stu1.name ==  stu2.name "+ (stu1.getName() ==  stu2.getName()));
        System.out.println("stu1.age ==  stu2.age "+(stu1.getAge() ==  stu2.getAge()));
        System.out.println("stu1.bag ==  stu2.bag "+(stu1.getBag() ==  stu2.getBag()));
    }
}

//输出
两对象是否是同一对象
stu1 == stu2 false
stu1 Student{name='小明', age=25, bag=小明的背包}
stu2 Student{name='小明', age=25, bag=小明的背包}
对象内引用成员是否相等
stu1.name ==  stu2.name true
stu1.age ==  stu2.age true
stu1.bag ==  stu2.bag true

可看出,原对象和克隆对象不是同一对象,克隆对象内的值与原对象相同;对象内引用成员相等,说明只做了引用克隆,不同引用指向同一对象

//改变stu1类中成员的值
stu1.setName("小张");
stu1.setAge(18);
stu1.getBag().setName("小张的背包");
System.out.println("stu1 "+stu1.toString());
System.out.println("stu2 "+stu2.toString());

//输出
stu1 Student{name='小张', age=18, bag=小张的背包}
stu2 Student{name='小明', age=25, bag=小张的背包}

stu1改变bag的名称,stu2中bag会同时改变,因为两个bag指向的是同一个对象

但name,age成员为何没有跟着改变?因为它们的类型分别是String和Integer,String,Integer是不可变类,不可改变原值,对它赋值就等同于让它指向另一个新对象，其余的七种基本数据类型的包装类也一样。

深克隆

有两种实现方法

1. 多层实现Cloneable类

2. 利用序列化和反序列化

1.多层实现Cloneable类

让上述的Bag类也实现Cloneable类,并重写clone方法

public class Bag implements Cloneable{
    private String name;

    public Bag(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public Bag clone(){
        Bag bag= null;
        try{
            bag= (Bag )super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        return bag;
    }
}

且在Student类的clone方法中执行Bag的clone方法

  @Override
    public Student clone(){
        Student stu = null;
        try{
            //浅克隆
            stu = (Student)super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        //深克隆
        stu.bag = (Bag)bag.clone();
        return stu;
    }

这样便可实现深克隆,但这种方法很麻烦,若Bag类中还含有成员引用,则又需要再让它实现Cloneable接口重写clone方法,这样代码会显得很臃肿,且繁琐。

还是第二种方法简单易用，来瞧一瞧

2.利用序列化和反序列化实现深克隆

public class Student implements Serializable {
    private String name;
    private Integer age;
    private Bag bag;

    ...

    public Student myClone(){
        Student stu = null;
        try {
            //将对象序列化到流里
            ByteArrayOutputStream os = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(os);
            oos.writeObject(this);
            //将流反序列化成对象
            ByteArrayInputStream is = new ByteArrayInputStream(os.toByteArray());
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(is);
            stu = (Student) ois.readObject();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return stu;
    }
}

需要注意的是成员引用也需要实现Serializable接口

public class Bag implements Serializable {...

这种方法是利用序列化对象后可将其拷贝到流里,而原对象仍在jvm中,然后从流中将其反序列化成另一个对象到jvm中,从而实现深克隆

总结

1. 克隆可分为浅克隆和深克隆,实际应用中一般使用深克隆

2. 深克隆有两种实现方法

   • 实现Cloneable接口

   • 利用序列化和反序列化(简单方便)

扩展

Cloneable接口和Serializable接口的代码非常简单，它们都是空接口，这种空接口也称为标识接口，标识接口中没有任何方法的定义，其作用是告诉JRE这些接口的实现类是否具有某个功能，如是否支持克隆、是否支持序列化等。