详解Java中的clone方法 -- 原型模式

时间  2019-11-20
标签 详解 java clone 方法 原型 模式 栏目 Java 繁體版
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Java中对象的建立

 

clone顾名思义就是复制， 在Java语言中， clone方法被对象调用，因此会复制对象。所谓的复制对象，首先要分配一个和源对象一样大小的空间，在这个空间中建立一个新的对象。那么在java语言中，有几种方式能够建立对象呢？java

 

1 使用new操做符建立一个对象app

2 使用clone方法复制一个对象ide

 

那么这两种方式有什么相同和不一样呢？ new操做符的本意是分配内存。程序执行到new操做符时， 首先去看new操做符后面的类型，由于知道了类型，才能知道要分配多大的内存空间。分配完内存以后，再调用构造函数，填充对象的各个域，这一步叫作对象的初始化，构造方法返回后，一个对象建立完毕，能够把他的引用（地址）发布到外部，在外部就可使用这个引用操纵这个对象。而clone在第一步是和new类似的， 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，而后再使用原对象中对应的各个域，填充新对象的域， 填充完成以后，clone方法返回，一个新的相同的对象被建立，一样能够把这个新对象的引用发布到外部。函数

 

 

 

复制对象 or 复制引用

 

在Java中，如下相似的代码很是常见：源码分析

[java] view plain copythis

  1. Person p = new Person(23, "zhang");  
  2. Person p1 = p;  
  3.   
  4. System.out.println(p);  
  5. System.out.println(p1);  


当Person p1 = p;执行以后， 是建立了一个新的对象吗？ 首先看打印结果：spa

com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac.net

 

可已看出，打印的地址值是相同的，既然地址都是相同的，那么确定是同一个对象。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") 。 能够把这种现象叫作引用的复制。 （关于引用和对象的区分，能够参考我以前的文章Java中的String为何是不可变的？ -- String源码分析 ， 其中有一节讲到了引用和对象的区分）。上面代码执行完成以后， 内存中的情景以下图所示：对象

而下面的代码是真真正正的克隆了一个对象。blog

[java] view plain copy

  1. Person p = new Person(23, "zhang");  
  2. Person p1 = (Person) p.clone();  
  3.   
  4. System.out.println(p);  
  5. System.out.println(p1);  


从打印结果能够看出，两个对象的地址是不一样的，也就是说建立了新的对象， 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， 内存中的情景以下图所示：

 

 

 

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。代码很是简单，以下所示：

[java] view plain copy

  1. public class Person implements Cloneable{  
  2.       
  3.     private int age ;  
  4.     private String name;  
  5.       
  6.     public Person(int age, String name) {  
  7.         this.age = age;  
  8.         this.name = name;  
  9.     }  
  10.       
  11.     public Person() {}  
  12.   
  13.     public int getAge() {  
  14.         return age;  
  15.     }  
  16.   
  17.     public String getName() {  
  18.         return name;  
  19.     }  
  20.       
  21.     @Override  
  22.     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
  23.         return (Person)super.clone();  
  24.     }  
  25. }  


 

因为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。可是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指向的字符串对象建立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作浅拷贝和深拷贝。深拷贝和浅拷贝的原理以下图所示：

 

下面经过代码进行验证。若是两个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， 而若是两个对象的name的地址值不一样， 那么就说明指向不一样的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。验证代码以下：

[java] view plain copy

  1. Person p = new Person(23, "zhang");  
  2. Person p1 = (Person) p.clone();  
  3.   
  4. String result = p.getName() == p1.getName()   
  5.         ? "clone是浅拷贝的" : "clone是深拷贝的";  
  6.   
  7. System.out.println(result);  


 


打印结果为：


clone是浅拷贝的

 

因此，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

 

如今为了要在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方法获得新的对象， 还要将该类中的引用变量也clone出来。若是只是用Object中默认的clone方法，是浅拷贝的，再次如下面的代码验证：

 

[java] view plain copy

  1. static class Body implements Cloneable{  
  2.     public Head head;  
  3.       
  4.     public Body() {}  
  5.   
  6.     public Body(Head head) {this.head = head;}  
  7.   
  8.     @Override  
  9.     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
  10.         return super.clone();  
  11.     }  
  12.       
  13. }  
  14. static class Head /*implements Cloneable*/{  
  15.     public  Face face;  
  16.       
  17.     public Head() {}  
  18.     public Head(Face face){this.face = face;}  
  19.       
  20. }   
  21. public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {  
  22.       
  23.     Body body = new Body(new Head());  
  24.       
  25.     Body body1 = (Body) body.clone();  
  26.       
  27.     System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) );  
  28.       
  29.     System.out.println("body.head == body1.head : " +  (body.head == body1.head));  
  30.       
  31.       
  32. }  


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。打印结果能够验证该结论：

body == body1 : false
body.head == body1.head : true

 

若是要使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。

 

[java] view plain copy

  1. static class Body implements Cloneable{  
  2.     public Head head;  
  3.     public Body() {}  
  4.     public Body(Head head) {this.head = head;}  
  5.   
  6.     @Override  
  7.     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
  8.         Body newBody =  (Body) super.clone();  
  9.         newBody.head = (Head) head.clone();  
  10.         return newBody;  
  11.     }  
  12.       
  13. }  
  14. static class Head implements Cloneable{  
  15.     public  Face face;  
  16.       
  17.     public Head() {}  
  18.     public Head(Face face){this.face = face;}  
  19.     @Override  
  20.     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
  21.         return super.clone();  
  22.     }  
  23. }   
  24. public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {  
  25.       
  26.     Body body = new Body(new Head());  
  27.       
  28.     Body body1 = (Body) body.clone();  
  29.       
  30.     System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) );  
  31.       
  32.     System.out.println("body.head == body1.head : " +  (body.head == body1.head));  
  33.       
  34.       
  35. }  


打印结果为：

body == body1 : false
body.head == body1.head : false

 

因而可知， body和body1内的head引用指向了不一样的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

 

由上一节的内容能够得出以下结论：若是想要深拷贝一个对象， 这个对象必需要实现Cloneable接口，实现clone方法，而且在clone方法内部，把该对象引用的其余对象也要clone一份 ， 这就要求这个被引用的对象必须也要实现Cloneable接口而且实现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，可是在拷贝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。验证代码以下：（这里原本只给出Face类的代码就能够了， 可是为了阅读起来具备连贯性，避免丢失上下文信息， 仍是给出整个程序，整个程序也很是简短）

[java] view plain copy

  1. static class Body implements Cloneable{  
  2.     public Head head;  
  3.     public Body() {}  
  4.     public Body(Head head) {this.head = head;}  
  5.   
  6.     @Override  
  7.     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
  8.         Body newBody =  (Body) super.clone();  
  9.         newBody.head = (Head) head.clone();  
  10.         return newBody;  
  11.     }  
  12.       
  13. }  
  14.   
  15. static class Head implements Cloneable{  
  16.     public  Face face;  
  17.       
  18.     public Head() {}  
  19.     public Head(Face face){this.face = face;}  
  20.     @Override  
  21.     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
  22.         return super.clone();  
  23.     }  
  24. }   
  25.   
  26. static class Face{}  
  27.   
  28. public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {  
  29.       
  30.     Body body = new Body(new Head(new Face()));  
  31.       
  32.     Body body1 = (Body) body.clone();  
  33.       
  34.     System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) );  
  35.       
  36.     System.out.println("body.head == body1.head : " +  (body.head == body1.head));  
  37.       
  38.     System.out.println("body.head.face == body1.head.face : " +  (body.head.face == body1.head.face));  
  39.       
  40.       
  41. }  


打印结果为：

body == body1 : false
body.head == body1.head : false
body.head.face == body1.head.face : true

 

内存结构图以下图所示：

 

那么，对Body对象来讲，算是这算是深拷贝吗？其实应该算是深拷贝，由于对Body对象内所引用的其余对象（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。可是，这对于两个Head对象来讲，他们指向了同一个Face对象，这就说明，两个Body对象仍是有必定的联系，并无彻底的独立。这应该说是一种不完全的深拷贝。

 

 

如何进行完全的深拷贝

 

对于上面的例子来讲，怎样才能保证两个Body对象彻底独立呢？只要在拷贝Head对象的时候，也将Face对象拷贝一份就能够了。这须要让Face类也实现Cloneable接口，实现clone方法，而且在在Head对象的clone方法中，拷贝它所引用的Face对象。修改的部分代码以下：

[java] view plain copy

  1. static class Head implements Cloneable{  
  2.     public  Face face;  
  3.       
  4.     public Head() {}  
  5.     public Head(Face face){this.face = face;}  
  6.     @Override  
  7.     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
  8.         //return super.clone();  
  9.         Head newHead = (Head) super.clone();  
  10.         newHead.face = (Face) this.face.clone();  
  11.         return newHead;  
  12.     }  
  13. }   
  14.   
  15. static class Face implements Cloneable{  
  16.     @Override  
  17.     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
  18.         return super.clone();  
  19.     }  
  20. }  


再次运行上面的示例，获得的运行结果以下：

body == body1 : false
body.head == body1.head : false
body.head.face == body1.head.face : false

 

这说名两个Body已经彻底独立了，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。内存结构图以下：

 

 

 

依此类推，若是Face对象还引用了其余的对象， 好比说Mouth，若是不通过处理，Body对象拷贝以后仍是会经过一级一级的引用，引用到同一个Mouth对象。同理， 若是要让Body在引用链上彻底独立， 只能显式的让Mouth对象也被拷贝。

到此，能够获得以下结论：若是在拷贝一个对象时，要想让这个拷贝的对象和源对象彻底彼此独立，那么在引用链上的每一级对象都要被显式的拷贝。因此建立完全的深拷贝是很是麻烦的，尤为是在引用关系很是复杂的状况下， 或者在引用链的某一级上引用了一个第三方的对象， 而这个对象没有实现clone方法， 那么在它以后的全部引用的对象都是被共享的。 举例来讲，若是被Head引用的Face类是第三方库中的类，而且没有实现Cloneable接口，那么在Face以后的全部对象都会被拷贝先后的两个Body对象共同引用。假设Face对象内部组合了Mouth对象，而且Mouth对象内部组合了Tooth对象， 内存结构以下图：

 

 

 

写在最后

 

clone在平时项目的开发中可能用的不是很频繁，可是区分深拷贝和浅拷贝会让咱们对java内存结构和运行方式有更深的了解。至于完全深拷贝，几乎是不可能实现的，缘由已经在上一节中进行了说明。深拷贝和完全深拷贝，在建立不可变对象时，可能对程序有着微妙的影响，可能会决定咱们建立的不可变对象是否是真的不可变。clone的一个重要的应用也是用于不可变对象的建立。关于建立不可变对象，我会在后续的文章中进行阐述，敬请期待。

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