Java中的深拷贝和浅拷贝介绍
文章目录
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- 基本类型和引用类型
- Clone方法
- 浅拷贝
- 深拷贝
- 小结
在讲解什么是深拷贝和浅拷贝之前，我们先来了解一下什么是基本类型和引用类型。
基本类型和引用类型
基本类型也称为值类型，分别是字符类型 char，布尔类型 boolean以及数值类型 byte、short、int、long、float、double。
引用类型则包括类、接口、数组、枚举等。
Java 将内存空间分为堆和栈。基本类型直接在栈中存储数值，而引用类型是将引用放在栈中，实际存储的值是放在堆中，通过栈中的引用指向堆中存放的数据。
上图定义的 a 和 b 都是基本类型，其值是直接存放在栈中的；而 c 和 d 是 String 声明的，这是一个引用类型，引用地址是存放在 栈中，然后指向堆的内存空间。
下面 d = c；这条语句表示将 c 的引用赋值给 d，那么 c 和 d 将指向同一块堆内存空间。
Clone方法
本篇博客我们讲解的是 Java 的深拷贝和浅拷贝，其实现方式正是通过调用 Object 类的 clone() 方法来完成。在 Object.class 类中，源码为：
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;
这是一个用 native 关键字修饰的方法，只需要知道用 native 修饰的方法就是告诉操作系统，这个方法我不实现了，让操作系统去实现。具体怎么实现我们不需要了解，只需要知道 clone方法的作用就是复制对象，产生一个新的对象。
浅拷贝
浅拷贝是按位拷贝对象，它会创建一个新对象，这个对象有着原始对象属性值的一份精确拷贝。如果属性是基本类型，拷贝的就是基本类型的值；如果属性是内存地址（引用类型），拷贝的就是内存地址 ，因此如果其中一个对象改变了这个地址，就会影响到另一个对象。即默认拷贝构造函数只是对对象进行浅拷贝复制(逐个成员依次拷贝)，即只复制对象空间而不复制资源。
实现对象拷贝的类，需要实现 Cloneable 接口，并覆写 clone() 方法。
public class Address {
private String province;
private String city;
public void setAddress(String province, String city) {
this.province = province;
this.city = city;
}
@Override
public String toString() {
return "Address [province=" + province + ", city=" + city + "]";
}
}
public class Student implements Cloneable {
private String name;
private int age;
private Address address;
public Student() {
}
public Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
this.address = new Address();
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public void setAddress(String province, String city) {
address.setAddress(province, city);
}
public void display(String name) {
System.out.println(name + ":" + "name=" + name + ", age=" + age + "," + address);
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
这是一个我们要进行赋值的原始类 Student。下面我们产生一个 Student对象，并调用其 clone 方法复制一个新的对象。
注意：调用对象的 clone 方法，必须要让类实现 Cloneable 接口，并且覆写 clone 方法。
测试：
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Student s1 = new Student("小明",20);
s1.setAddress("安徽","合肥");
Student s2 = (Student) s1.clone();
System.out.println("S1:"+s1);
System.out.println("s1.getName:"+s1.getName().hashCode());
System.out.println("S2:"+s2);
System.out.println("s2.getName:"+s2.getName().hashCode());
s1.display("s1");
s2.display("s2");
s2.setAddress("安徽","安庆");
s1.display("s1");
s2.display("s2");
}
输出结果：
S1:org.example.jvm.Student@2a84aee7
s1.getName:756703
S2:org.example.jvm.Student@a09ee92
s2.getName:756703
s1:name=s1, age=20,Address [province=安徽, city=合肥]
s2:name=s2, age=20,Address [province=安徽, city=合肥]
s1:name=s1, age=20,Address [province=安徽, city=安庆]
s2:name=s2, age=20,Address [province=安徽, city=安庆]
首先我们创建一个Student类的对象 s1，其name 为小明,age为20，地址类 Address 两个属性为 安徽和合肥。接着我们调用 clone() 方法复制另一个对象 s2，接着打印这两个对象的内容。
分析结果：
-
从第 1 行和第 3 行打印结果来看，这是两个不同的对象。
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从第 5 行和第 6 行打印的对象内容看，原对象 s1 和克隆出来的对象 s2 内容完全相同。
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我们更改一下克隆对象 s2 的属性 Address 为
安徽安庆（原对象 s1 是安徽合肥），但是从第 7 行和第 8 行打印结果来看，原对象 s1 和克隆对象 s2 的 Address 属性都被修改了。 -
对象 Student 的属性 Address，经过 clone 之后，其实只是复制了其引用，他们指向的还是同一块堆内存空间，当修改其中一个对象的属性 Address，另一个也会跟着变化。
浅拷贝：创建一个新对象，然后将当前对象的非静态字段复制到该新对象，如果字段是值类型的，那么对该字段执行复制；如果该字段是引用类型的话，则复制引用但不复制引用的对象。因此，原始对象及其副本引用同一个对象。
深拷贝
深拷贝，在拷贝引用类型成员变量时，为引用类型的数据成员另辟了一个独立的内存空间，实现真正内容上的拷贝。
对于 Student 的引用类型的成员变量 Address ，需要实现 Cloneable 并重写 clone() 方法。
public class Address implements Cloneable{
private String province;
private String city;
public void setAddress(String province, String city) {
this.province = province;
this.city = city;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
@Override
public String toString() {
return "Address [province=" + province + ", city=" + city + "]";
}
}
在 Student 的 clone() 方法中，需要拿到拷贝自己后产生的新的对象，然后对新的对象的引用类型再调用拷贝操作，实现对引用类型成员变量的深拷贝。
public class Student implements Cloneable {
private String name;
private int age;
private Address address;
public Student() {
}
public Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
this.address = new Address();
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public void setAddress(String province, String city) {
address.setAddress(province, city);
}
public void display(String name) {
System.out.println(name + ":" + "name=" + name + ", age=" + age + "," + address);
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Student s = (Student) super.clone();
s.address = (Address) address.clone();
return s;
}
}
测试：
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Student s1 = new Student("小明",20);
s1.setAddress("安徽","合肥");
Student s2 = (Student) s1.clone();
System.out.println("S1:"+s1);
System.out.println("s1.getName:"+s1.getName().hashCode());
System.out.println("S2:"+s2);
System.out.println("s2.getName:"+s2.getName().hashCode());
s1.display("s1");
s2.display("s2");
s2.setAddress("安徽","安庆");
s1.display("s1");
s2.display("s2");
}
输出结果：
S1:org.example.jvm.Student@2a84aee7
s1.getName:756703
S2:org.example.jvm.Student@a09ee92
s2.getName:756703
s1:name=s1, age=20,Address [province=安徽, city=合肥]
s2:name=s2, age=20,Address [province=安徽, city=合肥]
s1:name=s1, age=20,Address [province=安徽, city=合肥]
s2:name=s2, age=20,Address [province=安徽, city=安庆]
由输出结果可知，深拷贝后，不管是基础数据类型还是引用类型的成员变量，修改其值都不会相互造成影响。
注意：
但是这种做法有个弊端，这里我们Student类只有一个Address引用类型，而 Address 类没有，所以我们只用重写 Address 类的clone方法，但是如果 Address 类也存在一个引用类型，那么我们也要重写其clone方法，这样下去，有多少个引用类型，我们就要重写多少次，如果存在很多引用类型，那么代码量显然会很大，所以这种方法不太合适。
还有一种方式可以实现深拷贝：利用序列化
序列化是将对象写到流中便于传输，而反序列化则是把对象从流中读取出来。
这里写到流中的对象则是原始对象的一个拷贝，因为原始对象还存在 JVM 中，所以我们可以利用对象的序列化产生克隆对象，然后通过反序列化获取这个对象。
注意每个需要序列化的类都要实现 Serializable 接口，如果有某个属性不需要序列化，可以将其声明为 transient，即将其排除在克隆属性之外。
public class Address implements Serializable {
private String province;
private String city;
public void setAddress(String province, String city) {
this.province = province;
this.city = city;
}
@Override
public String toString() {
return "Address [province=" + province + ", city=" + city + "]";
}
}
public class Student implements Serializable {
private String name;
private int age;
private Address address;
public Student() {
}
public Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
this.address = new Address();
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public void setAddress(String province, String city) {
address.setAddress(province, city);
}
public void display(String name) {
System.out.println(name + ":" + "name=" + name + ", age=" + age + "," + address);
}
//深度拷贝
public Object deepClone() throws Exception{
// 序列化
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(this);
// 反序列化
ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
return ois.readObject();
}
}
测试：
public static void main(String[] args) throws Exception {
Student s1 = new Student("小明",20);
s1.setAddress("安徽","合肥");
Student s2 = (Student) s1.deepClone();
System.out.println("S1:"+s1);
System.out.println("s1.getName:"+s1.getName().hashCode());
System.out.println("S2:"+s2);
System.out.println("s2.getName:"+s2.getName().hashCode());
s1.display("s1");
s2.display("s2");
s2.setAddress("安徽","安庆");
s1.display("s1");
s2.display("s2");
}
输出结果：
S1:org.example.jvm.Student@3f99bd52
s1.getName:756703
S2:org.example.jvm.Student@1f17ae12
s2.getName:756703
s1:name=s1, age=20,Address [province=安徽, city=合肥]
s2:name=s2, age=20,Address [province=安徽, city=合肥]
s1:name=s1, age=20,Address [province=安徽, city=合肥]
s2:name=s2, age=20,Address [province=安徽, city=安庆]
因为序列化产生的是两个完全独立的对象，所有无论嵌套多少个引用类型，序列化都是能实现深拷贝的。
小结
至此，相信什么是深拷贝，什么是浅拷贝，相信你一定明白了。