java之深拷贝与浅拷贝

拷贝的定义

和new对象过程相似，拷贝（clone）后是独立的对象，与引用的复制或者称为引用的拷贝区分开来。

引用的拷贝

在开始前先看看引用的拷贝，针对的是同一个对象。

//引用拷贝
private static void copyReferenceObject() {
    Person p = new Person(23, "zhang");
    Person p1 = p;
    System.out.println(p);
    System.out.println(p1);
 }

这里打印的结果：
com.yaolong.clone.Person@3654919e
com.yaolong.clone.Person@3654919e

image.png

可以看到，打印的结果是一样的，也就是说，二者的引用是同一个对象，并没有创建出一个新的对象。因此要区分引用拷贝和对象拷贝的区别。

而在对象的拷贝过程中，对于对象中的引用是否拷贝，分为浅拷贝和深拷贝。

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。

实现对象拷贝的类，必须实现Cloneable接口，并覆写clone()方法。

Persion类：
public class Person implements Cloneable {
    private int age;
    private String name;

    public Person(Integer age, String name) {
        super();
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

需要注意的是，clone()方法本来就是Object缺省继承于Object类的，为什么这里还要实现Cloneable 接口呢？其实这个接口仅仅是一个标志，而且这个标志也仅仅是针对 Object类中clone()方法的，如果clone类没有实现Cloneable接口，并调用了Object的clone()方法（也就是调用了 super.Clone()方法），那么Object的clone()方法就会抛出CloneNotSupportedException异常。

再看，clone()方法其实是一个native方法，本地方法，直接调用执行，自然快。

//对象拷贝
private static void copyRealObject() throws CloneNotSupportedException{
    Person p = new Person(23, "zhang");
    Person p1 = (Person) p.clone();      
    System.out.println(p);
    System.out.println(p1);
}

这里打印的结果：
com.yaolong.clone.Person@28084850
com.yaolong.clone.Person@37c390b8

可以看出，二者的对象地址不一样，因此实现了拷贝。

image.png

但是还是有个问题，就是Person类中有一个String类型的引用对象name，它真的也被拷贝过去了吗，还是说依然是引用的是同一个name对象呢，在上面的代码基础上，我们继续打印：

    System.out.println("pName："+p.getName().hashCode());
    System.out.println("p1Name："+p1.getName().hashCode());

这里打印的结果：
pName：115864556
p1Name：115864556

可见，二者的name属性依然是指向同一个对象。基本数据类型是不存在引用问题。

这实际上就是典型的浅拷贝：

image.png

由上可知，从Object中继承过来的clone默认实现的是浅拷贝。

深拷贝

深拷贝会拷贝所有的属性,并拷贝属性指向的动态分配的内存。当对象和它所引用的对象一起拷贝时即发生深拷贝。深拷贝相比于浅拷贝速度较慢并且花销较大。

如上面的浅拷贝问题深拷贝的内存图：

image.png

接着分析在拷贝对象的引用的对象中还存在引用，深拷贝是如何进行的。

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;
    }
}


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。

但真的是深拷贝吗

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）

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;
    }

}

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();
    }
} 

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

image.png

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。

image.png

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，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。

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。