clone方法如何在Java中使用

clone方法如何在Java中使用？相信很多沒有經驗的人對此束手無策，為此本文總結了問題出現的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。

Java中對象創建

clone顧名思義就是復制， 在Java語言中， clone方法被對象調用，所以會復制對象。所謂的復制對象，首先要分配一個和源對象同樣大小的空間，在這個空間中創建一個新的對象。那么在java語言中，有幾種方式可以創建對象呢？

1 使用new操作符創建一個對象

2 使用clone方法復制一個對象

那么這兩種方式有什么相同和不同呢？

new操作符的本意是分配內存。程序執行到new操作符時， 首先去看new操作符后面的類型，因為知道了類型，才能知道要分配多大的內存空間。分配完內存之后，再調用構造函數，填充對象的各個域，這一步叫做對象的初始化。構造方法返回后，一個對象創建完畢，可以把他的引用（地址）發布到外部，在外部就可以使用這個引用操縱這個對象。

而clone在第一步是和new相似的， 都是分配內存，調用clone方法時，分配的內存和源對象（即調用clone方法的對象）相同，然后再使用原對象中對應的各個域，填充新對象的域， 填充完成之后，clone方法返回，一個新的相同的對象被創建，同樣可以把這個新對象的引用發布到外部。

復制對象 or 復制引用

在Java中，以下類似的代碼很常見：

Person p = new Person(23, "zhang");
Person p1 = p;
		
System.out.println(p);
System.out.println(p1);

當Person p1 = p;執行之后， 是創建了一個新的對象嗎？ 首先看打印結果：

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，那么肯定是同一個對象。p和p1只是引用而已，他們都指向了一個相同的對象Person(23, "zhang") 。 可以把這種現象叫做引用的復制。 （關于引用和對象的區分，可以參考之前的文章 Java中的String為什么是不可變的？ -- String源碼分析 ， 其中有一節講到了引用和對象的區分）。上面代碼執行完成之后， 內存中的情景如下圖所示：

而下面的代碼是真正克隆了一個對象：

Person p = new Person(23, "zhang");
Person p1 = (Person) p.clone();
		
System.out.println(p);
System.out.println(p1);

從打印結果可以看出，兩個對象的地址是不同的，也就是說創建了新的對象， 而不是把原對象的地址賦給了一個新的引用變量：

com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@67f1fba0

內存中的情景如下所示：

深拷貝or淺拷貝

上面的示例代碼中，Person中有兩個成員變量，分別是name和age， name是String類型， age是int類型。代碼非常簡單，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是基本數據類型， 那么對它的拷貝沒有什么疑議，直接將一個4字節的整數值拷貝過來就行。

但是name是String類型的（非基本類型）， 它只是一個引用， 指向一個真正的String對象，那么 對它的拷貝 有兩種方式： 直接將源對象中的name的引用值拷貝給新對象的name字段， 或者是根據原Person對象中的name指向的字符串對象創建一個新的相同的字符串對象，將這個新字符串對象的引用賦給新拷貝的Person對象的name字段。

這兩種拷貝方式分別叫做淺拷貝和深拷貝。深拷貝和淺拷貝的原理如下圖所示：

下面通過代碼進行驗證。

如果兩個Person對象的name的地址值相同， 說明兩個對象的name都指向同一個String對象， 也就是淺拷貝， 而如果兩個對象的name的地址值不同， 那么就說明指向不同的String對象， 也就是在拷貝Person對象的時候， 同時拷貝了name引用的String對象， 也就是深拷貝。驗證代碼如下：

Person p = new Person(23, "zhang");
Person p1 = (Person) p.clone();
		
String result = p.getName() == p1.getName() ? "clone是淺拷貝的" : "clone是深拷貝的";
System.out.println(result);

打印結果為：

clone是淺拷貝的

所以clone方法執行的是淺拷貝，在編寫程序時需要注意這個問題。

但是我們可以通過覆蓋Object中的clone方法， 實現深拷貝。

現在為了要在clone對象時進行深拷貝， 那么就要Clonable接口，覆蓋并實現clone方法，除了調用父類中的clone方法得到新的對象， 還要將該類中的引用變量也clone出來。如果只是用Object中默認的clone方法，是淺拷貝的，再次以下面的代碼驗證：

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));	
}

在以上代碼中， 有兩個主要的類， 分別為Body和Face， 在Body類中， 組合了一個Face對象。當對Body對象進行clone時， 它組合的Face對象只進行淺拷貝。打印結果可以驗證該結論：

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

如果要使Body對象在clone時進行深拷貝， 那么就要在Body的clone方法中，將源對象引用的Head對象也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));
}

打印結果為：

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

由此可見， body和body1內的head引用指向了不同的Head對象， 也就是說在clone Body對象的同時， 也拷貝了它所引用的Head對象， 進行了深拷貝。

真的是深拷貝嗎

由上一節的內容可以得出如下結論：如果想要深拷貝一個對象， 這個對象必須要實現Cloneable接口，實現clone方法，并且在clone方法內部，把該對象引用的其他對象也要clone一份 ， 這就要求這個被引用的對象必須也要實現Cloneable接口并且實現clone方法。

那么，按照上面的結論， Body類組合了Head類， 而Head類組合了Face類，要想深拷貝Body類，必須在Body類的clone方法中將Head類也要拷貝一份，但是在拷貝Head類時，默認執行的是淺拷貝，也就是說Head中組合的Face對象并不會被拷貝。驗證代碼如下：（這里本來只給出Face類的代碼就可以了， 但是為了閱讀起來具有連貫性，避免丟失上下文信息， 還是給出整個程序，整個程序也非常簡短）

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));	
	}

打印結果為：

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

內存結構如下所示：

那么，對Body對象來說，算是這算是深拷貝嗎？其實應該算是深拷貝，因為對Body對象內所引用的其他對象（目前只有Head）都進行了拷貝，也就是說兩個獨立的Body對象內的head引用已經指向了獨立的兩個Head對象。但是，這對于兩個Head對象來說，他們指向了同一個Face對象，這就說明，兩個Body對象還是有一定的聯系，并沒有完全的獨立。這應該說是一種 不徹底的深拷貝 。

如何進行徹底的深拷貝

對于上面的例子來說，怎樣才能保證兩個Body對象完全獨立呢？只要在拷貝Head對象的時候，也將Face對象拷貝一份就可以了。這需要讓Face類也實現Cloneable接口，實現clone方法，并且在在Head對象的clone方法中，拷貝它所引用的Face對象。修改的部分代碼如下：

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();
 }
}

再次運行上面的示例，得到的運行結果如下：

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

這說名兩個Body已經完全獨立了，他們間接引用的face對象已經被拷貝，也就是引用了獨立的Face對象。內存結構圖如下：

依此類推，如果Face對象還引用了其他的對象， 比如說Mouth，如果不經過處理，Body對象拷貝之后還是會通過一級一級的引用，引用到同一個Mouth對象。同理， 如果要讓Body在引用鏈上完全獨立， 只能顯式的讓Mouth對象也被拷貝。

到此，可以得到如下結論：如果在拷貝一個對象時，要想讓這個拷貝的對象和源對象完全彼此獨立，那么在引用鏈上的每一級對象都要被顯式的拷貝。

所以創建徹底的深拷貝 是非常麻煩 的，尤其是在引用關系非常復雜的情況下， 或者在引用鏈的某一級上引用了一個第三方的對象， 而這個對象沒有實現clone方法， 那么在它之后的所有引用的對象都是被共享的。 舉例來說，如果被Head引用的Face類是第三方庫中的類，并且沒有實現Cloneable接口，那么在Face之后的所有對象都會被拷貝前后的兩個Body對象共同引用。假設Face對象內部組合了Mouth對象，并且Mouth對象內部組合了Tooth對象， 內存結構如下圖：

看完上述內容，你們掌握clone方法如何在Java中使用的方法了嗎？如果還想學到更多技能或想了解更多相關內容，歡迎關注億速云行業資訊頻道，感謝各位的閱讀！