如何解析Java中的clone方法

我相信很多没有经验的人对于如何分析Java中的克隆方法都是一窍不通的。因此，本文总结了出现问题的原因和解决方法，希望大家可以通过这篇文章来解决这个问题。

Java中对象的创建

顾名思义，克隆就是复制。在Java语言中，克隆方法是由对象调用的，所以它会复制对象。所谓的复制对象应该首先分配一个与源对象大小相同的空间，并在这个空间中创建新对象。那么在java语言中，有多少种方法可以创建对象呢？

使用新运算符创建对象。

使用克隆方法复制对象。

那么这两种方法有什么异同呢？新运算符旨在分配内存。当程序执行新的运算符时，它首先会查看新运算符后面的类型，因为知道了类型，我们就可以知道要分配多少内存空间。分配内存后，调用构造函数来填充对象的每个字段。这一步称为对象初始化。构造函数返回后，创建对象后，可以将其引用(地址)发布到外部，这个引用可以用来在外部操纵对象。而克隆类似于步骤* * *，就是分配内存。调用clone方法时，分配的内存与源对象(即调用clone方法的对象)相同，然后使用原始对象中对应的字段填充新对象的字段。填充后，clone方法返回，并创建一个新的相同对象，这个新对象的引用也可以发布到外部。

复制对象 or 复制引用

在Java中，以下类似的代码非常常见：

Personp=newPerson(23，' Zhang ')；person P1=p；system . out . println(p)；system . out . println(P1)；当人p1=p时；是否在执行后创建新对象？先看打印结果：

com . pansoft . Zhang jg . test clone . person @ 2f 9 ee1 AC

com . pansoft . Zhang jg . test clone . person @ 2f 9 ee1 AC

可以看出，打印的地址值是相同的。因为地址都一样，所以它们必须是同一个对象。而p1只是参照物，它们都指向同一个对象人(23、“张”)。这种现象可以称为重复引用。(关于引用和对象的区别，请参考我之前的文章，为什么String在Java中是不可变的？mdash字符串分析，其中一节讨论引用和对象之间的区别。上述代码执行完毕后，内存中的场景如下图所示：

下面的代码实际上是在克隆一个对象。

Personp=newPerson(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，创建了一个新的对象，而不是将原始对象的地址分配给一个新的引用变量：

com . pansoft . Zhang jg . test clone . person @ 2f 9 ee1 AC

com . pansoft . Zhang jg . test clone . person @ 67 f1 FBA 0

上述代码执行完成后，内存中的情况如下图所示：

深拷贝 or 浅拷贝

在上面的示例代码中，Person中有两个成员变量，即姓名和年龄。名称为字符串类型，年龄为整型。代码非常简单，如下所示：

publicclassPersonimplementsCloneable可克隆{ privateintageprivateStringnamepublicPerson(intage，Stringname){ this . age=age；（=NationalBureauofStandards）国家标准局

p;  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：

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。

看完上述内容，你们掌握如何解析Java中的clone方法的方法了吗？如果还想学到更多技能或想了解更多相关内容，欢迎关注行业资讯频道，感谢各位的阅读！