本文源碼見：https://github.com/get-set/get-designpatterns/tree/master/prototype

本文是為下一篇“Java設(shè)計模式百例 - 原型模式”做鋪墊，討論一下Java中的對象克隆。本文內(nèi)容綜合了《Effective Java》、《Java與模式》以及其他網(wǎng)上相關(guān)資料，希望能夠?qū)δ灿兴鶐椭?/p>

Java中，對象的創(chuàng)建除了用new關(guān)鍵字，還可以使用既有對象的clone()方法來復(fù)制自身達(dá)到創(chuàng)建一個新對象的目的。

關(guān)于對象克隆，Java中有通用約定：

通用約定1： x.clone() != x 必須為真。

對象克隆與引用的復(fù)制是有本質(zhì)區(qū)別的，區(qū)別就在于x.clone()后產(chǎn)生的對象與x并不位于同一塊內(nèi)存上，兩者是獨(dú)立的，修改兩者任何一方的成員都不會導(dǎo)致另一方發(fā)生變化。就像克隆羊多利（Dolly）不會因?yàn)槠洹盎蚰赣H”（很遺憾，它沒有名字，我們暫且諧音基因，就叫Jane吧）受傷或死亡而受傷或死亡。代碼舉例：

Sheep.java

public?class?Sheep?implements?Cloneable?{private?String?name;????//名字private?int?age;????????//年齡private?String?breed;???//品種private?EarTag?earTag;??//耳牌//?構(gòu)造方法public?Sheep(String?name,?int?age,?String?breed,?EarTag?earTag)?{this.name?=?name;this.age?=?age;this.breed?=?breed;this.earTag?=?earTag;}//?getters?&?setters@Overridepublic?Sheep?clone()?throws?CloneNotSupportedException?{return?(Sheep)?super.clone();}@Overridepublic?String?toString()?{return?this.name?+?"是一只"?+?this.age?+?"歲的"?+?this.breed?+?",?它的"?+?this.earTag.getColor()?+?"色耳牌上寫著"?+?this.earTag.getId()?+?"號。";} }

每只羊身上有個耳牌：

EarTag.java

public?class?EarTag?implements?Cloneable?{private?int?id;?????????//耳牌編號private?String?color;???//耳牌顏色//?構(gòu)造方法public?EarTag(int?id,?String?color)?{this.id?=?id;this.color?=?color;}//?getters?&?setters }

注意，

以上兩個類均需要實(shí)現(xiàn)Cloneable接口，否則執(zhí)行clone()方法會報CloneNotSupportedException異常。

若某個類允許其對象可以克隆，那么需要重寫clone()方法，并且聲明為public的，因?yàn)镺bject的clone()方法是protected，無法被非子類和不在當(dāng)前包的其他類或?qū)ο笳{(diào)用。

派生類的clone()方法中，要調(diào)用super.clone()，以便能夠最終調(diào)用到Object.clone()，后者是個native方法，效率更高。

克隆過程如下：

Sheep?jane?=?new?Sheep("簡",?5,?"多塞特白面綿羊",?new?EarTag(12345,?"×××")); System.out.println(jane); Sheep?dolly?=?jane.clone(); System.out.println("克隆后..."); dolly.setName("多利"); dolly.getEarTag().setId(12346); System.out.println(dolly);

輸出結(jié)果為：

簡是一只5歲的多塞特白面綿羊,?它的×××色耳牌上寫著12345號。 克隆后... 多利是一只5歲的多塞特白面綿羊,?它的×××色耳牌上寫著12346號。

仿佛很完美，所有的信息都克隆過來了，但是，我們在看一下jane這個對象（最后增加兩個輸出）：

System.out.println(jane); System.out.println(jane.getEarTag()?==?dolly.getEarTag());

輸出結(jié)果為：

簡是一只5歲的多塞特白面綿羊,?它的×××色耳牌上寫著12346號。 true

這就不對了，簡的耳牌號也變了，而且我們看到兩只羊的耳牌是”==“的，也就是jane.earTag和dolly.earTag指向的是同一個對象。這在現(xiàn)實(shí)中是毫無道理的。可見，earTag這個成員變量是引用復(fù)制。

淺復(fù)制

上邊例子中，最終調(diào)用到的Object.clone()就是淺復(fù)制。所謂淺復(fù)制，可以理解為只復(fù)制成員變量的”值“。

對于原生類型，其”值“就是實(shí)實(shí)在在的值，比如int age，是直接復(fù)制的；

對于引用類型，其”值“就是引用本身，比如EarTag earTag，引用原來指向的是”×××編號為12345的牌子“，引用復(fù)制過來仍然是指向同樣的牌子，所以只是復(fù)制的值，而并未復(fù)制引用指向的對象；

（補(bǔ)充）對于引用類型，如果引用本身指向的是不可變類，比如String、Integer等，引用指向的對象內(nèi)容是不可變的，一旦需要改變，其實(shí)就是從新new了一個對象，因此可以認(rèn)為復(fù)制了引用指向的對象。其效果”看起來“和原生類型的待遇是一樣的。

總結(jié)來說，被復(fù)制對象的所有原生類型變量和不可變類的引用都復(fù)制與原來的對象相同的值，而所有的對其他對象（不包含不可變類的對象）的引用仍然指向原來的對象。

深復(fù)制

相對于淺復(fù)制，更進(jìn)一步，深拷貝把要復(fù)制的對象所引用的對象都復(fù)制一遍。

實(shí)現(xiàn)深復(fù)制有兩種方式。一種是繼續(xù)利用clone()方法，另一種是利用對象序列化。

對于第一種方法，進(jìn)一步手動將指向可變對象的引用再復(fù)制一遍即可。比如對于Sheep我們增加deepClone()方法，在該方法中明確將EarTag對象也復(fù)制一下。因此EarTag也需要重寫clone()方法。

Sheep.java增加deepClone()方法

public?Sheep?deepClone()?throws?CloneNotSupportedException?{Sheep?s?=?(Sheep)super.clone();s.setEarTag(s.getEarTag().clone());return?s; }

EarTag.java增加clone()方法，別忘了實(shí)現(xiàn)Cloneable接口

@Override public?EarTag?clone()?throws?CloneNotSupportedException?{return?(EarTag)?super.clone(); }

這時候再測試一遍看輸出：

簡是一只5歲的多塞特白面綿羊,?它的×××色耳牌上寫著12345號。 克隆后... 多利是一只6歲的多塞特白面綿羊,?它的×××色耳牌上寫著12346號。 簡是一只5歲的多塞特白面綿羊,?它的×××色耳牌上寫著12345號。 false

可見，EarTag對象也被克隆了。

這時，其實(shí)還需要注意一個問題，我們這個例子中，EarTag的對象沒有指向其他對象的引用，假設(shè)有的話，是否要調(diào)用EarTag的deepClone()方法呢，如果是一個引用鏈，深度復(fù)制要達(dá)到什么樣的深度呢？是否有循環(huán)引用呢（比如EarTag中又有對Sheep的引用）？這都是在具體的使用過程中需要謹(jǐn)慎考慮的。

第二種方法是通過對象序列化來實(shí)現(xiàn)對象的深克隆。在Sheep.java中增加如下方法：

public?Sheep?serializedClone()?throws?IOException,?ClassNotFoundException?{ByteArrayOutputStream?bao?=?new?ByteArrayOutputStream();ObjectOutputStream?oo?=?new?ObjectOutputStream(bao);oo.writeObject(this);ByteArrayInputStream?bai?=?new?ByteArrayInputStream(bao.toByteArray());ObjectInputStream?oi?=?new?ObjectInputStream(bai);return?(Sheep)?oi.readObject(); }

注意的是，Sheep和EarTag都需要實(shí)現(xiàn)Serializable接口，以便打開對序列化的支持。

測試一下：

Sheep?jane?=?new?Sheep("簡",?5,?"多塞特白面綿羊",?new?EarTag(12345,?"×××")); System.out.println(jane); Sheep?dolly?=?jane.serializedClone(); System.out.println("克隆后..."); dolly.setName("多利"); dolly.setAge(6); dolly.getEarTag().setId(12346); System.out.println(dolly);System.out.println(jane); System.out.println(jane.getEarTag()?==?dolly.getEarTag());

輸出如下：

簡是一只5歲的多塞特白面綿羊,?它的×××色耳牌上寫著12345號。 克隆后... 多利是一只6歲的多塞特白面綿羊,?它的×××色耳牌上寫著12346號。 簡是一只5歲的多塞特白面綿羊,?它的×××色耳牌上寫著12345號。 false

可見也確實(shí)實(shí)現(xiàn)了深克隆。

通用約定2： x.clone().getClass() == x.getClass() 必須為真。

指的是克隆后的對象其類型是一致的。這一點(diǎn)沒有問題，及時在有繼承關(guān)系的情況下。

ClassA.java

public?class?ClassA?implements?Cloneable?{public?int?getA()?{return?a;}public?void?setA(int?a)?{this.a?=?a;}private?int?a;@Overridepublic?ClassA?clone()?throws?CloneNotSupportedException?{return?(ClassA)?super.clone();} }

ClassB.java（繼承ClassA）

public?class?ClassB?extends?ClassA?{private?String?b;public?String?getB()?{return?b;}public?void?setB(String?b)?{this.b?=?b;}public?void?test()?{System.out.println(super.getClass().getCanonicalName());} }

測試一下：

ClassB?b?=?new?ClassB(); b.setA(1); b.setB("b"); ClassB?b1?=?(ClassB)?b.clone(); System.out.println(b1.getB());

結(jié)果為：

b

可見，即使子類沒有重寫clone()方法，只要其各層父類中有重新了public的clone()方法的，那么clone()方法都能正確克隆調(diào)起該方法的對象，且類型正確。話說回來，畢竟clone()的動作最終都是源于Object的那個native方法的。

通用約定3： x.clone().equals(x)為真

這一條并非強(qiáng)制約束，但盡量保證做到。因?yàn)閺囊话阏J(rèn)識上來講，克隆的兩個對象雖然是不相等（==）的，但應(yīng)該是相同（equal）的。

重寫Sheep.java和EarTag.java的equals()方法：

Sheep.java

????@Overridepublic?boolean?equals(Object?obj)?{if?(obj?==?this)return?true;if?(!(obj?instanceof?Sheep))return?false;Sheep?s?=?(Sheep)?obj;return?s.name.equals(this.name)?&&s.age?==?this.age?&&s.breed.equals(this.breed)?&&s.earTag.equals(this.earTag);}

EarTag.java

????@Overridepublic?boolean?equals(Object?obj)?{if?(obj?==?this)return?true;if?(!(obj?instanceof?Sheep))return?false;Sheep?s?=?(Sheep)?obj;return?s.name.equals(this.name)?&&s.age?==?this.age?&&s.breed.equals(this.breed)?&&s.earTag.equals(this.earTag);}

測試一下：

Sheep?jane?=?new?Sheep("簡",?5,?"多塞特白面綿羊",?new?EarTag(12345,?"×××")); Sheep?dolly?=?jane.serializedClone(); System.out.println("克隆后..."); System.out.println(jane.equals(dolly));

輸出為true，表示兩個對象是相同的。

總結(jié)

最后，我們總結(jié)一下，實(shí)現(xiàn)clone的方法：?
1）在派生類中實(shí)現(xiàn)Cloneable借口；?
2）在派生類中覆蓋基類的clone方法，聲明為public；?
3）在派生類的clone方法中，調(diào)用super.clone()；?
4）若要深克隆對象，則需要增加對引用為非不可變對象的克隆。

轉(zhuǎn)載于:https://blog.51cto.com/liukang/1982920

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java设计模式百例（番外） - Java的clone的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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