Java对象克隆：浅拷贝和深拷贝_对象的序列化和深拷贝

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。

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。

在Java中，以下类似的代码非常常见：

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。 上面代码执行完成之后， 内存中的情景如下图所示：

下面的代码是真真正正的克隆了一个对象，而且是 深拷贝。

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：

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：

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。

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：

调用Object的clone方法进行拷贝。

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。

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：

打印结果为：

clone是浅拷贝的

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：

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 // 依旧是浅拷贝

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。

打印结果为：

body == body1 : false
body.head == body1.head : false // 深拷贝

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（仅仅深入了一层而已）

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）

打印结果为：

body == body1 : false
body.head == body1.head : false
body.head.face == body1.head.face : true // 浅拷贝

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。

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：

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 // 深拷贝

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：

序列化机制有一种有趣的用法：提供了一种克隆对象的简便途径，只要对应的类是可序列的即可（即实现了 Serializable标志接口）。

做法：直接将对象序列化到输出流中，然后将其读回。这样产生的新对象是原来对象的一个深拷贝。

注意：不管类的构造器是不是private的，序列化机制都在在序列化的过程中创建新对象，即通过序列化保存到 磁盘中的对象是新创建的对象。

package test01;
 
import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;
 
public class Test01 {
	
	public static void main(String[] args) {
		fun();
	}
	public static void fun() {
		Face face = new Face(10);
		Head head = new Head(face,20);
		Person p = new Person("张小三",18,head);
		
		Person p1 = (Person)p.clone();	//进行clone
		
		//修改克隆对象的属性值，以判断原始对象和克隆对象是否共享内部对象head和内部的内部对象face
		p1.setAge(28);
		p1.getHead().setH(22);
		p1.getHead().getFace().setF(11);
		
		System.out.println(p);
		System.out.println(p1);
		
		System.out.println("p.head == p1.head:"+(p.getHead() == p1.getHead()));
		System.out.println("p.head.face == p1.head.face:"+(p.getHead().getFace() == p1.getHead().getFace()));	
	}
	
}
 
class SerialCloneable implements Cloneable,Serializable {
	public Object clone() {
		try {
			//save the object to a byte array
			//字节数组输出流会自动创建字节数组
			ByteArrayOutputStream bout = new ByteArrayOutputStream();
			ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(bout);
			out.writeObject(this);
			out.close();
			
			//read a clone of the object from the byte array
			//字节数组输入流不会创建字节数组
			ByteArrayInputStream bin = new ByteArrayInputStream(bout.toByteArray());
			ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(bin);
			Object ret = in.readObject();
			in.close();
			return ret;
		} catch (Exception e) {
			return null;
		}
	}
}
 
class Person extends SerialCloneable {
	private String name;
	private int age;
	private Head head;
	public Person() {
		super();
	}
	public Person(String name, int age, Head head) {
		super();
		this.name = name;
		this.age = age;
		this.head = head;
	}
	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 Head getHead() {
		return head;
	}
	public void setHead(Head head) {
		this.head = head;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Person [name=" + name + ", age=" + age + ", head=" + head + "]";
	}
}
 
/*将  implements Cloneable,Serializable  改为  extends SerialCloneable 也可以*/
class Head implements Serializable {
	private Face face;
	private int h;	//用于验证Head对象的空间是否被共享
	public Head() {
		super();
	}
	public Head(Face face, int h) {
		super();
		this.face = face;
		this.h = h;		
	}
	public Face getFace() {
		return face;
	}
	public void setFace(Face face) {
		this.face = face;
	}
	public int getH() {
		return h;
	}
	public void setH(int h) {
		this.h = h;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Head [face=" + face + ", h=" + h + "]";
	}
}
 
/*将  implements Cloneable,Serializable  改为  extends SerialCloneable 也可以*/
class Face implements Serializable {
	private String str = "帅气的脸蛋";
	private int f ;	//用于验证Face对象的空间是否被共享
	public Face() {
		super();
	}
	public Face(int f) {
		super();
		this.str = str;
		this.f = f;
	}
	public int getF() {
		return f;
	}
	public void setF(int f) {
		this.f = f;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Face [str=" + str + ", f=" + f + "]";
	}
}

//运行结果：
Person [name=张小三, age=18, head=Head [face=Face [str=帅气的脸蛋, f=10], h=20]]
Person [name=张小三, age=28, head=Head [face=Face [str=帅气的脸蛋, f=11], h=22]]
p.head == p1.head:false
p.head.face == p1.head.face:false

由

运行结果可以看出，这是一个彻底的深拷贝。

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。