面试官：你知道对象的克隆原理吗？

落日映苍穹つ 2022-12-26 11:14 160阅读 0赞

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### 本文主要内容 ###

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### 背景 ###

先说说生活中三个例子：

*  西游记中，孙悟空能变身为n多个孙悟空，也就是一个孙悟空克隆为多个孙悟空了。

![format_png 1][]

*  王者农药中，元歌有个傀儡，这个傀儡我们也可理解为复制的元歌，你把傀儡杀死了，其实他自身根本没死。

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*  程序员把一份完整的代码复制成多分，每一份都是独立的一份完整的代码。

以上三个例子便是我们今天要聊的话题，克隆（复制）。

**入门案例**

在Java语言中也有这么一个复制的道理，请看下面的案例

public class UserDto {
            private Long id;
            private String name;
            private Integer age;
            //set get省略
        }

下面我们进行复制：

public class ObjectCloneDemo {
            public static void main(String[] args) {
                UserDto userDto = new UserDto();
                userDto.setAge(20);
                userDto.setId(100099L);
                userDto.setName("老田");
                //对象复制
                UserDto userDto1 = userDto;
                userDto1.setName(userDto.getName());
                userDto1.setId(userDto.getId());
                userDto1.setAge(userDto.getAge());
        
                userDto.setAge(22);
                userDto.setName("田维常");
                System.out.println(userDto);
                System.out.println(userDto1);
            }
        }

这种复制也叫引用复制。关系如下：

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我们把前面创建的UserDto对象引用复制给userDto了，然后又对对象中的两个属性进行重新赋值，userDto1也会随着赋值的。这就是所谓的浅克隆（浅复制）。

关于对象复制，在实际开发中用的还是蛮多的，比如说：UserDto复制给UserVo或者UserBo。

### 什么是浅复制呢？ ###

在浅复制中，如果原型对象的成员变量是值类型，将复制一份给目标对象；如果原型对象的成员变量是引用类型，则将引用对象的地址复制一份给目标对象，也就是说原型对象和目标对象的成员变量指向相同的内存地址。

简单来说，在浅复制中，当对象被复制时只复制它本身和其中包含的值类型的成员变量，而引用类型的成员对象并没有复制。

![format_png 4][]

在Java语言中，通过覆盖Object类的clone()方法加上实现Cloneable接口可以实现浅克隆。

前面说的孙悟空就是浅复制，因为你只要把原本的那个孙悟空干掉，其他也就不存在了，比如佛祖把孙悟空的原型按住，也就不存在多个孙悟空了。元歌的傀儡也是浅复制，因为我们把傀儡干掉了，对于原型的元歌来说根本就没有被干掉。

既然有浅复制，那么就会有深度复制吗？

是的。

#### 案例 ####

简单版，模仿用户信息，一个是用户地址类UserAddress和一个用户信息类User。

public class UserAddress  {
            private int provinceCode;
            private int cityCode;
        
            public UserAddress() {
            }
        
            public UserAddress(int provinceCode, int cityCode) {
                this.provinceCode = provinceCode;
                this.cityCode = cityCode;
            }
        
            public int getProvinceCode() {
                return provinceCode;
            }
        
            public void setProvinceCode(int provinceCode) {
                this.provinceCode = provinceCode;
            }
        
            public int getCityCode() {
                return cityCode;
            }
        
            public void setCityCode(int cityCode) {
                this.cityCode = cityCode;
            }
        
            @Override
            protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
                return super.clone();
            }
        }

public class User implements Cloneable{
            private int age;
            private String name;
            private UserAddress userAddress;
        
            public User() {
            }
        
            public User(int age, String name) {
                this.age = age;
                this.name = name;
            }
             //set get方法
            public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
                User user = new User(20, "老田");
        
                UserAddress userAddress = new UserAddress();
                userAddress.setProvinceCode(100);
                userAddress.setCityCode(100100);
        
                user.setUserAddress(userAddress);
        
                User user1 = (User) user.clone();
                user1.getUserAddress().setCityCode(100101);
        
                user.setName("田维常");
        
                System.out.println(user.getName());
                System.out.println(user1.getName());
        
                System.out.println(user.getUserAddress() == user1.getUserAddress());
                System.out.println(user.getUserAddress().equals(user1.getUserAddress()));
        
                System.out.println(user.getUserAddress().getCityCode());
                System.out.println(user1.getUserAddress().getCityCode());
            }
        
            @Override
            protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
                return super.clone();
            }
        }

运行上面这段代码，输出结果为：

![format_png 5][]

外面的User对象克隆是成功了，但是克隆出来的对象中，引用类型的属性并没有克隆出来，还是使用同一个引用地址。

### 什么是深度复制？ ###

在深克隆中，无论原型对象的成员变量是值类型还是引用类型，都将复制一份给克隆对象，深克隆将原型对象的所有引用对象也复制一份给克隆对象。

简单来说，在深克隆中，除了对象本身被复制外，对象所包含的所有成员变量也将复制。

![format_png 6][]

在Java语言中，如果需要实现深克隆，可以通过覆盖Object类的clone()方法实现再加上实现Cloneable接口，也可以通过序列化(Serialization)等方来实现。

如果引用类型里面还包含很多引用类型，或者内层引用类型的类里面又包含引用类型，使用clone方法就会很麻烦。这时我们可以用序列化的方式来实现对象的深克隆。

序列化就是将对象写到流的过程，写到流中的对象是原有对象的一个拷贝，而原对象仍然存在于内存中。通过序列化实现的拷贝不仅可以复制对象本身，而且可以复制其引用的成员对象，因此通过序列化将对象写到一个流中，再从流里将其读出来，可以实现深克隆。

关于序列化实现深度复制，请看这篇文章：[面试官：说说你对序列化的理解][Link 1]

#### 案例 ####

下面使用Object的clone方法和实现Cloneable接口，写一个深度复制案例：

先创建一个用户地址类：

public class UserAddress implements Cloneable {
            private int provinceCode;
            private int cityCode;
        
            public UserAddress() {
            }
            //set get 方法
        
            @Override
            protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
                return super.clone();
            }
        }

再创建一个用户类：

package com.tian.my_code.test.clone;
        
        public class User implements Cloneable {
            private int age;
            private String name;
            private UserAddress userAddress;
        
            public User() {
            }
        
            public User(int age, String name) {
                this.age = age;
                this.name = name;
            }
            //set get方法
            
            public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
                User user = new User(20, "老田");
        
                UserAddress userAddress = new UserAddress();
                userAddress.setProvinceCode(100);
                userAddress.setCityCode(100100);
        
                user.setUserAddress(userAddress);
        
                User user1 = (User) user.clone();
                user1.setName("田维常");
                user1.getUserAddress().setCityCode(100101);
        
                System.out.println(user.getName());
                System.out.println(user1.getName());
        
                System.out.println(user == user1);
                System.out.println(user.equals(user1));
        
                System.out.println(user.getUserAddress() == user1.getUserAddress());
                System.out.println(user.getUserAddress().equals(user1.getUserAddress()));
        
                System.out.println(user.getUserAddress().getCityCode());
                System.out.println(user1.getUserAddress().getCityCode());
            }
        
            @Override
            protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
                User user = (User) super.clone();
                user.setUserAddress((UserAddress) user.getUserAddress().clone());
                return user;
            }
        }

运行这段代码，输出结果为：

![format_png 7][]

user和user1以及它们内部的引用属性都已经不是同一个了。这就是深度复制。

前面讲的程序拷贝代码，那就是深度复制，我们从githup拷贝一份代码到本地，我爱怎么改就怎么改，别人管不着，也不影响别人代码。

**注意**

Object 类的 clone 方法执行特定的复制操作。首先，如果此对象的类不能实现接口 Cloneable，则会抛出 CloneNotSupportedException。

所有的数组都被视为实现接口 Cloneable。否则，此方法会创建此对象的类的一个新实例，并像通过分配那样，严格使用此对象相应字段的内容初始化该对象的所有字段；这些字段的内容没有被自我复制。所以，此方法执行的是该对象的“浅表复制”，而不“深层复制”操作。

#### BeanUtils对象复制 ####

Spring中

org.springframework.beans.BeanUtils

这个工具类，使用频率还是蛮高的，那它的对象复制是深复制还是浅复制呢？

public class UserAddress  {
            private int provinceCode;
            private int cityCode; 
            //set get方法
        }
        
        import org.springframework.beans.BeanUtils;
        public class User   {
            private int age;
            private String name;
            private UserAddress userAddress;
        
            public User() {
            }
        
            public User(int age, String name) {
                this.age = age;
                this.name = name;
            }
        
            
            public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
                User user = new User(20, "老田");
        
                UserAddress userAddress = new UserAddress();
                userAddress.setProvinceCode(100);
                userAddress.setCityCode(100100);
        
                user.setUserAddress(userAddress);
        
                User user1 = new User();
                BeanUtils.copyProperties(user, user1);
                user1.getUserAddress().setCityCode(100101);
        
                user.setName("田维常");
        
                System.out.println(user.getName());
                System.out.println(user1.getName());
        
                System.out.println(user.getUserAddress() == user1.getUserAddress());
                System.out.println(user.getUserAddress().equals(user1.getUserAddress()));
        
                System.out.println(user.getUserAddress().getCityCode());
                System.out.println(user1.getUserAddress().getCityCode());
            } 
        }

运行这段代码，输出结果：

![format_png 8][]

**注意**

User的属性userAddress还是使用同一个引用地址，所以属于浅复制。在工作中需要留意这个点。

### 原型模式 ###

#### 概述 ####

模式（Prototype Pattern）是用于创建重复的对象，同时又能保证性能。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式是实现了一个原型接口，该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时，则采用这种模式。例如，一个对象需要在一个高代价的数据库操作之后被创建。我们可以缓存该对象，在下一个请求时返回它的克隆，在需要的时候更新数据库，以此来减少数据库调用。

原型模式的目的就是用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。

#### 原型模式的优缺点 ####

优点：性能提高、逃避构造函数的约束。

缺点：

*  配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类不是很难，但对于已有的类不一定很容易，特别当一个类引用不支持串行化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。
 *  深度克隆时必须实现 Cloneable 接口和重写Object的clone方法，或者采取序列化方式。

#### 与对象克隆的关系 ####

对象的克隆或者复制就是原型模式的一种具体实现。

### 总结 ###

何为浅克隆或浅复制？何为深克隆或深复制？实现深度复制的方式有哪些？如何实现？对象的赋值和原型模式有什么关联？

参考：cnblogs.com/fnlingnzb-learner/p/10649509.html

**推荐阅读**

[7种启动Spring Boot项目的方式，一次性打包说给你听][7_Spring Boot]

[6000多字 | 秒杀系统设计注意点【理论】][6000_ _]

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