详解Java中的clone方法:原型模式

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Java中对象的创建

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。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。

Java中的clone方法-理解浅拷贝和深拷贝,javaclone

最近学到Java虚拟机的相关知识,更加能理解clone方法的机制了

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。

复制对象 or 复制引用

在Java中,以下类似的代码非常常见:

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。
(关于引用和对象的区分,可以参考我之前的文章Java中的String为什么是不可变的?

String源码分析 ,
其中有一节讲到了引用和对象的区分)。上面代码执行完成之后,
内存中的情景如下图所示:

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而下面的代码是真真正正的克隆了一个对象。

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

以上代码执行完成后, 内存中的情景如下图所示:

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复制对象 or 复制引用

在Java中,以下类似的代码非常常见:

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:
[email protected]
[email protected]  
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: 
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而下面的代码是真真正正的克隆了一个对象。

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:
[email protected]
[email protected]澳门新葡亰手机版,
以上代码执行完成后, 内存中的情景如下图所示:
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深拷贝 or 浅拷贝

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:

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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();  

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

System.out.println(result);

打印结果为:

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。

深拷贝 or 浅拷贝

  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:
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  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();  

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

System.out.println(result);  

  

打印结果为:
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。    

覆盖Object中的clone方法, 实现深拷贝

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:

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;}  

    @Override  
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
        Body newBody =  (Body) super.clone();  
        newBody.head = (Head) head.clone();  
        return newBody;  
    }  

}  
static 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。

覆盖Object中的clone方法, 实现深拷贝

  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:
 

 1 static class Body implements Cloneable{  
 2     public Head head;  
 3       
 4     public Body() {}  
 5   
 6     public Body(Head head) {this.head = head;}  
 7   
 8     @Override  
 9     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
10         return super.clone();  
11     }  
12       
13 }  
14 static class Head /*implements Cloneable*/{  
15     public  Face face;  
16       
17     public Head() {}  
18     public Head(Face face){this.face = face;}  
19       
20 }   
21 public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {  
22       
23     Body body = new Body(new Head());  
24       
25     Body body1 = (Body) body.clone();  
26       
27     System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) );  
28       
29     System.out.println("body.head == body1.head : " +  (body.head == body1.head));  
30       
31       
32 }  

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。

 1 static class Body implements Cloneable{  
 2     public Head head;  
 3     public Body() {}  
 4     public Body(Head head) {this.head = head;}  
 5   
 6     @Override  
 7     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
 8         Body newBody =  (Body) super.clone();  
 9         newBody.head = (Head) head.clone();  
10         return newBody;  
11     }  
12       
13 }  
14 static class Head implements Cloneable{  
15     public  Face face;  
16       
17     public Head() {}  
18     public Head(Face face){this.face = face;}  
19     @Override  
20     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
21         return super.clone();  
22     }  
23 }   
24 public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {  
25       
26     Body body = new Body(new Head());  
27       
28     Body body1 = (Body) body.clone();  
29       
30     System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) );  
31       
32     System.out.println("body.head == body1.head : " +  (body.head == body1.head));  
33       
34       
35 }  

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。