参考资料
《Effective Java》,「第13条 谨慎地重写 clone 方法」
Java深入理解浅拷贝和深拷贝 | 掘金
细说Java的深拷贝和浅拷贝 | Segmentfault
前言
Java 中存在基础类型和引用类型。Java 的赋值都是传值的
对于基础类型,会拷贝具体的内容。
对于引用类型,存储的这个值只是指向实际对象的地址,拷贝也只会拷贝引用地址。
在此基础上,「对象的拷贝」可分为两种情况
浅拷贝
对基本数据类型进行值传递
对引用数据类型进行引用地址的拷贝
深拷贝
对基本数据类型进行值传递
对引用数据类型,创建一个新的对象,并复制其内容
拷贝相关API
Object#clone
Java 中所有的对象都是继承自 java.lang.Object。Object 对象中提供了一个 protected 类型的 clone 方法。
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;
Object#clone() 方法是 native 的,所以不需要我们来实现。需要注意的是,clone 方法是 protected 的,这意味着 clone 方法只能在 java.lang 包或者其子类可见。
如果我们想要在一个程序中调用某个对象的 clone 方法则是不可以的。因为 clone 方法是定义在 Object 中的,该对象并没有对外可见的 clone 方法。
Cloneable接口
在上文中提到,Object#clone() 方法是 protected 的,我们不能直接在程序中对一个对象调用 clone 方法。
JDK 推荐「实现 Cloneable 接口并重写 clone 方法(可使用 public 修饰符)来实现属性的拷贝」。
package java.lang;/** * 此处给出 Cloneable 的部分注释 * A class implements the Cloneable interface to * indicate to the java.lang.Object#clone() method that it * is legal for that method to make a * field-for-field copy of instances of that class. * * Invoking Object's clone method on an instance that does not implement the * Cloneable interface results in the exception * CloneNotSupportedException being thrown. * * By convention, classes that implement this interface should override * Object.clone (which is protected) with a public method. */public interface Cloneable {}阅读 Cloneable 源码,有如下结论
对于实现 Cloneable 接口的对象,是可以调用 Object#clone() 方法来进行属性的拷贝。
若一个对象没有实现 Cloneable 接口,直接调用 Object#clone() 方法,会抛出 CloneNotSupportedException 异常。
Cloneable 是一个空接口,并不包含 clone 方法。但是按照惯例(by convention),实现 Cloneable 接口时,应该以 public 修饰符重写 Object#clone() 方法(该方法在 Object 中是被 protected 修饰的)。
参照《Effective Java》中「第13条 谨慎地重写 clone 方法」
Cloneable 接口的目的是作为一个 mixin 接口,约定如果一个类实现了 Cloneable 接口,那么 Object 的 clone 方法将返回该对象的逐个属性(field-by-field)拷贝(浅拷贝);否则会抛出 CloneNotSupportedException 异常。
上面第1、2点,可用下面的伪代码描述。
protected Object clone throws CloneNotSupportedException { if(!(this instanceof Cloneable)){ throw new CloneNotSupportedException("Class" + getClass().getName() + "doesn't implement Cloneable"); } return internalClone();}/** * Native Helper method for cloning. */private native Object internalClone();浅拷贝
参考 Cloneable 接口的源码注释部分,如果一个类实现了 Cloneable 接口,那么 Object 的 clone 方法将返回该对象的逐个属性(field-by-field)拷贝,这里的拷贝是浅拷贝。
对基本数据类型进行值传递
对引用数据类型进行引用地址的拷贝
下面结合一个示例加以说明。
定义两个对象,Address 和 CustomerUser
@Dataclass Address implements Cloneable{ private String name; @Override public Object clone() throws CloneNotSupportedException { return super.clone(); }}@Dataclass CustomerUser implements Cloneable{ private String firstName; private String lastName; private Address address; private String[] cars; @Override public Object clone() throws CloneNotSupportedException{ return super.clone(); }}在测试方法 testShallowCopy 中,使用 customerUser.clone() 进行对象拷贝。注意,此处为浅拷贝。
public class CloneTest { public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException { testShallowCopy(); } public static void testShallowCopy() throws CloneNotSupportedException { Address address= new Address(); address.setName("北京天安门"); CustomerUser customerUser = new CustomerUser(); customerUser.setAddress(address); customerUser.setLastName("李"); customerUser.setFirstName("雷"); String[] cars = new String[]{"别克","路虎"}; customerUser.setCars(cars); //浅拷贝 CustomerUser customerUserCopy =(CustomerUser) customerUser.clone(); customerUserCopy.setFirstName("梅梅"); customerUserCopy.setLastName("韩"); customerUserCopy.getAddress().setName("北京颐和园"); customerUserCopy.getCars()[0]="奥迪"; System.out.println("customerUser: " + JSONUtil.toJsonStr(customerUser)); System.out.println("customerUserCopy: " + JSONUtil.toJsonStr(customerUserCopy)); }}程序运行结果如下。
customerUser: {"lastName":"李","address":{"name":"北京颐和园"},"firstName":"雷","cars":["奥迪","路虎"]}customerUserCopy: {"lastName":"韩","address":{"name":"北京颐和园"},"firstName":"梅梅","cars":["奥迪","路虎"]}可以看到,修改拷贝之后的 customerUserCopy 的引用类型的属性值(Address 和 String[] 类型的属性值),会影响到原对象 customerUser。
深拷贝
实现深拷贝有两种方式,「序列化对象方式」和「二次调用 clone 方式」
序列化(serialization)方式
先对对象进行序列化,再进行反序列化,得到一个新的深拷贝的对象
二次调用 clone 方式
先调用对象的 clone() 方法
对对象的引用类型的属性值,继续调用 clone() 方法进行拷贝
下面,在「浅拷贝」章节示例的基础上,使用「二次调用 clone 方式」实现深拷贝。
修改 CustomerUser 的 clone() 方法,对 CustomerUser 对象的引用类型的属性值,即 Address 属性值和数组(String[])属性值 cars,二次调用 clone 方法。
@Dataclass CustomerUser implements Cloneable{ private String firstName; private String lastName; private Address address; private String[] cars; @Override public Object clone() throws CloneNotSupportedException{ CustomerUser customerUserDeepCopy = (CustomerUser) super.clone(); //二次调用clone方法 customerUserDeepCopy.address = (Address) address.clone(); customerUserDeepCopy.cars = cars.clone(); return customerUserDeepCopy; }}再次运行程序,输出结果如下。
customerUser: {"lastName":"李","address":{"name":"北京天安门"},"firstName":"雷","cars":["别克","路虎"]}customerUserCopy: {"lastName":"韩","address":{"name":"北京颐和园"},"firstName":"梅梅","cars":["奥迪","路虎"]}可以看到 address 和 cars 是不同的,表示我们的深拷贝是成功的。
创建对象
ref 1-Java中的clone和new的效率对比
在介绍 clone 方法的基础上,引出对「创建对象的4种方法」,「clone和new的效率对比」等问题的介绍。
创建对象的4种方法
创建对象的 4 种方法如下
使用 new 关键字
反射机制
实现 Cloneable 接口,使用 clone 方法创建对象
序列化和反序列化
以上 4 种方式,都可以创建一个 Java 对象,实现机制上有如下区别
方式 1 和方式 2 中,都明确地显式地调用了对象的构造函数。
方式 3 中,是对已经的对象,在内存上拷贝了一个影印,并不会调用对象的构造函数。
方式 4 中,对对象进行序列化,转化为了一个文件流,再通过反序列化生成一个对象,也不会调用构造函数。
clone和new的效率对比
使用 clone 创建对象,该操作并不会调用类的构造函数,是在内存中进行的数据块的拷贝,复制已有的对象。
使用 new 方式创建对象,调用了类的构造函数。
使用 clone 创建对象,直接在内存中进行数据块的拷贝。这是否意味着 clone 方法的效率更高呢?
答案并不是,JVM 的开发者意识到通过 new 方式来生成对象的方式,使用的更加普遍,所以对于利用 new 操作生成对象进行了优化。
下面编写一个测试用例,用 clone 和 new 两种方式来创建 10000 * 1000 个对象,测试对应的耗时。
public class Bean implements Cloneable { private String name; public Bean(String name) { this.name = name; } @Override protected Bean clone() throws CloneNotSupportedException { return (Bean) super.clone(); }}public class TestClass { private static final int COUNT = 10000 * 1000; public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException { long s1 = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < COUNT; i++) { Bean bean = new Bean("ylWang"); } long s2 = System.currentTimeMillis(); Bean bean = new Bean("ylWang"); for (int i = 0; i < COUNT; i++) { Bean b = bean.clone(); } long s3 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("new = " + (s2 - s1)); System.out.println("clone = " + (s3 - s2)); }}程序输出如下。
new = 7clone = 83
可以看到,创建 10000 * 1000 个对象,使用 new 方法的耗时,只有 clone 方式的 1/10,即 new 方式创建对象的效率更高。
但是,若构造函数中有一些耗时操作,则 new 方式创建对象的效率会受到构造函数性能的影响。如下代码,在构造函数中添加字符串截取的耗时操作。
package java.lang;/** * 此处给出 Cloneable 的部分注释 * A class implements the Cloneable interface to * indicate to the java.lang.Object#clone() method that it * is legal for that method to make a * field-for-field copy of instances of that class. * * Invoking Object's clone method on an instance that does not implement the * Cloneable interface results in the exception * CloneNotSupportedException being thrown. * * By convention, classes that implement this interface should override * Object.clone (which is protected) with a public method. */public interface Cloneable {}0此时,再执行测试用例,创建 10000 * 1000 个对象,程序输出如下,使用 new 方法的耗时,就远大于 clone 方式了。
package java.lang;/** * 此处给出 Cloneable 的部分注释 * A class implements the Cloneable interface to * indicate to the java.lang.Object#clone() method that it * is legal for that method to make a * field-for-field copy of instances of that class. * * Invoking Object's clone method on an instance that does not implement the * Cloneable interface results in the exception * CloneNotSupportedException being thrown. * * By convention, classes that implement this interface should override * Object.clone (which is protected) with a public method. */public interface Cloneable {}1最后,对「clone 和 new 的效率对比」给出结论
JVM 对使用 new 方法创建对象的方式进行了优化,默认情况下,new 的效率更高。
new 方式创建对象时,会调用类的构造函数。若构造函数中有耗时操作,则会影响 new 方法创建对象的效率。
clone 方式创建对象,并不会调用类的构造函数。
基于上述结论,在上文「深拷贝」章节中,可对深拷贝功能的实现进行优化,不要调用 clone 方法来创建对象,改为直接调用构造函数来实现。
package java.lang;/** * 此处给出 Cloneable 的部分注释 * A class implements the Cloneable interface to * indicate to the java.lang.Object#clone() method that it * is legal for that method to make a * field-for-field copy of instances of that class. * * Invoking Object's clone method on an instance that does not implement the * Cloneable interface results in the exception * CloneNotSupportedException being thrown. * * By convention, classes that implement this interface should override * Object.clone (which is protected) with a public method. */public interface Cloneable {}2