Java基础——clone()方法浅析

一、clone的概念　　

　　clone顾名思义就是复制， 在Java语言中， clone方法被对象调用，所以会复制对象。所谓的复制对象，首先要分配一个和源对象同样大小的空间，在这个空间中创建一个新的对象。那么在java语言中，有几种方式可以创建对象呢？

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。

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

  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
  可以看出，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。

• 而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。注意：如果一个类没有复写clone()方法，则clone()方法默认的是返回一个Object对象，我们可以强制转化为我们需要的类。

  Person p = new Person(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

二、clone的用法　　

　　Java编程中经常会用到clone()方法，clone()方法是Object类的一个protected的方法，由于非静态所以不能直接调用，但是可以被子类调用。Object类的clone()方法会知道对象大小，为其分配足够的内存空间，并将其对象的内容复制到新的对象中。但是，clone()方法在执行其动作之前必须先检查class是否实现了Cloneable接口。Cloneable接口和Serialiable接口一样是一个标记接口，没有任何内容。

　　Java中clone()方法的含义是，假设x是一个非空的对象，则：

　　　　x.clone() != x  　　　　　　　　　　　　　　　　为true，就是说他们不是同一个对象

　　　　x.clone()，getClass() == x.getClass()  　　　　为true，说明他们是同一类型的class

　　　　x.equals(x.clone())   　　　　　　　　　　　　　为true，说明逻辑上应该相同

　　一个类的对象要想在调用clone()方法时不抛出CloneNotSupportedException，有两种方法：

1. 该类在定义声明时声明实现了Cloneable接口，即在声明时加上“implements Cloneable”即可（浅拷贝）
2. 该类在定义时，声明实现Cloneable接口，并且复写clone()方法，并将其声明为public（深拷贝）

三、浅析clone()方法与浅拷贝、深拷贝概念

　　在上面一节中我们发现正确使用clone()方法的两种方法的结果并不相同，直接实现Cloneable接口只是实现了浅拷贝，而复写clone()方法则可以实现深拷贝。那么，这种copy有什么区别呢？

　　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：

 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();

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

String result = p.getName().hashCode() == p1.getName().hashCode()
        ? "clone是浅拷贝的" : "clone是深拷贝的";

System.out.println(result);

打印结果为：

　　p.getName().hashCode() : 115864556
　　p1.getName().hashCode() : 115864556
　　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。

四、深拷贝的实现

　　为了要在clone对象时进行深拷贝， 那么就要实现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;}

 6     @Override
 7     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
 8         Body newBody =  (Body) super.clone();
 9         newBody.head = (Head) head.clone();
10         return newBody;
11     }

 }
 static class Head implements Cloneable{
     public  Face face;

     public Head() {}
     public Head(Face face){this.face = face;}
19     @Override
20     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
21         return super.clone();
22     }
 }
 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 : true

　　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。

　　但是，我们可以看到，Head类中的face对象的clone()是浅复制，所以这里肯定还会存在一个结果是body.head.face == body1.head.face : false，这表明这样写的clone()并不是很彻底，那么要进行完全彻底的深复制，我们应该写成这样：

 static class Head implements Cloneable{
     public  Face face;

     public Head() {}
     public Head(Face face){this.face = face;}
 6     @Override
 7     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
 8         //return super.clone();
 9         Head newHead = (Head) super.clone();
10         newHead.face = (Face) this.face.clone();
11         return newHead;
12     }
 } 

 static class Face implements Cloneable{
     @Override
     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
         return super.clone();
     }
 }

　　我们需要对对象中的每一个引用进行深拷贝才能彻底实现深拷贝。