Java中的clone方法详解_动力节点Java学院整理

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; 
  } 
  @override 
  protected 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(); 
string result = p.getname() == p1.getname()  
    ? "clone是浅拷贝的" : "clone是深拷贝的"; 
system.out.println(result); 

打印结果为：

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;} 
  @override 
  protected 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;} 
  @override 
  protected 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;} 
  @override 
  protected 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;} 
  @override 
  protected 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;} 
  @override 
  protected 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;} 
  @override 
  protected 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{ 
  @override 
  protected 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：

依此类推，如果face对象还引用了其他的对象， 比如说mouth，如果不经过处理，body对象拷贝之后还是会通过一级一级的引用，引用到同一个mouth对象。同理， 如果要让body在引用链上完全独立， 只能显式的让mouth对象也被拷贝。

到此，可以得到如下结论：如果在拷贝一个对象时，要想让这个拷贝的对象和源对象完全彼此独立，那么在引用链上的每一级对象都要被显式的拷贝。所以创建彻底的深拷贝是非常麻烦的，尤其是在引用关系非常复杂的情况下， 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， 那么在它之后的所有引用的对象都是被共享的。 举例来说，如果被head引用的face类是第三方库中的类，并且没有实现cloneable接口，那么在face之后的所有对象都会被拷贝前后的两个body对象共同引用。假设face对象内部组合了mouth对象，并且mouth对象内部组合了tooth对象， 内存结构如下图：

写在最后

clone在平时项目的开发中可能用的不是很频繁，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。