浅拷贝、深拷贝与序列化【初级Java必需理解的概念】

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小编点评

本文主要讨论了浅克隆和深克隆的区别以及如何实现这两种克隆方法。首先，浅克隆是一种浅层次的复制，它只复制了对象的基本属性，而引用类型的属性仍然指向同一个对象。这意味着，当修改其中一个对象的引用类型属性时，另一个对象的该属性也会被修改。浅克隆可以使用对象的 `clone()` 方法实现，但需要重写 `clone()` 方法来处理其中的引用类型属性。深克隆则是一种更彻底的复制，它将对象的所有属性（包括基本属性和引用类型属性）都复制一遍。这样，即使修改了其中一个对象的引用类型属性，另一个对象的该属性也不会受到影响。深克隆可以通过序列化实现，即将对象写入流中，然后再从流中读取出来。实现深克隆的方法是利用 `ObjectOutputStream` 和 `ObjectInputStream` 类来进行对象的序列化和反序列化。总的来说，浅克隆和深克隆的主要区别在于是否处理引用类型属性。浅克隆只复制基本属性，而深克隆复制所有属性。在实际应用中，根据需求选择合适的克隆方法以提高性能。

正文

浅拷贝

首先创建两个类，方便理解浅拷贝

@Data
class Student implements Cloneable{
    //年龄和名字是基本属性
    private int age;
    private String name;
    //书包是引用属性
    private Bag bag;

    public Student(int age, String name, Bag bag) {
        this.age = age;
        this.name = name;
        this.bag = bag;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "age=" + age + ", name='" + name + ", bag=" + bag;
    }

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

@Data
class Bag {
    private String color;
    private int price;

    public Bag(String color, int price) {
        this.color = color;
        this.price = price;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "color='" + color + ", price=" + price;
    }
}

Cloneable 接口只是一个标记接口（没属性和方法）：

public interface Cloneable {
}

标记接口的作用其实很简单，用来表示某个功能在执行的时候是合法的。

如果不实现Cloneable接口直接重写并调用clone()方法，会抛出 CloneNotSupportedException 异常。

测试类

class TestClone {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Student student1 = new Student(18, "张三", new Bag("红",100));
        Student student2 = (Student) student1.clone();

        System.out.println("浅拷贝后：");
        System.out.println("student1：" + student1);
        System.out.println("student2：" + student2);

        //修改非引用类型属性name
        student2.setName("李四");

        //修改引用类型属性bag
        Bag bag = student2.getBag();
        bag.setColor("蓝");
        bag.setPrice(200);

        System.out.println("修改了 student2 的 name 和 bag 后：");
        System.out.println("student1：" + student1);
        System.out.println("student2：" + student2);

    }
}

//打印结果
浅拷贝后：
student1：age=18, name='张三, bag=color='红, price=100
student2：age=18, name='张三, bag=color='红, price=100
修改了 student2 的 name 和 bag 后：
student1：age=18, name='张三, bag=color='蓝, price=200
student2：age=18, name='李四, bag=color='蓝, price=200

可以看得出，浅拷贝后：

修改了student2的非引用类型属性name，student1的name并不会跟着改变

但修改了student2的引用类型属性bag，student1的bag跟着改变了

说明浅拷贝克隆的对象中，引用类型的字段指向的是同一个，当改变任何一个对象，另外一个对象也会随之改变。

深拷贝

深拷贝和浅拷贝不同的，深拷贝中的引用类型字段也会克隆一份，当改变任何一个对象，另外一个对象不会随之改变。

例子

@Data
class Bag implements Cloneable {
    private String color;
    private int price;

    public Bag(String color, int price) {
        this.color = color;
        this.price = price;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "color='" + color + ", price=" + price;
    }

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

注意，此时的 Bag 类和浅拷贝时不同，重写了 clone() 方法，并实现了 Cloneable 接口。为的就是深拷贝的时候也能够克隆该字段。

@Data
class Student implements Cloneable{
    //年龄和名字是基本属性
    private int age;
    private String name;
    //书包是引用属性
    private Bag bag;

    public Student(int age, String name, Bag bag) {
        this.age = age;
        this.name = name;
        this.bag = bag;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "age=" + age + ", name='" + name + ", bag=" + bag;
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Student s = (Student) super.clone();
        s.setBag((Bag) s.getBag().clone());
        return s;
    }

}

注意，此时 Student 类也与之前的不同，clone() 方法当中，不再只调用 Object 的 clone() 方法对 Student 进行克隆了，还对 Bag 也进行了克隆。

来看测试类

class TestClone {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Student student1 = new Student(18, "张三", new Bag("红",100));
        Student student2 = (Student) student1.clone();

        System.out.println("深拷贝后：");
        System.out.println("student1：" + student1);
        System.out.println("student2：" + student2);

        //修改非引用类型属性name
        student2.setName("李四");

        //修改引用类型属性bag
        Bag bag = student2.getBag();
        bag.setColor("蓝");
        bag.setPrice(200);

        System.out.println("修改了 student2 的 name 和 bag 后：");
        System.out.println("student1：" + student1);
        System.out.println("student2：" + student2);
    }
}

//这个测试类和之前的浅拷贝的测试类一样，但运行结果是不同的。
深拷贝后：
student1：age=18, name='张三, bag=color='红, price=100
student2：age=18, name='张三, bag=color='红, price=100
修改了 student2 的 name 和 bag 后：
student1：age=18, name='张三, bag=color='红, price=100
student2：age=18, name='李四, bag=color='蓝, price=200

不只是 student1 和 student2 是不同的对象，它们中的 bag 也是不同的对象。所以，改变了 student2 中的 bag 并不会影响到 student1。

不过，通过 clone() 方法实现的深拷贝比较笨重，因为要将所有的引用类型都重写 clone() 方法。

更好的方法是利用序列化

序列化

序列化是将对象写入流中，而反序列化是将对象从流中读取出来。写入流中的对象就是对原始对象的拷贝。需要注意的是，每个要序列化的类都要实现 Serializable 接口，该接口和 Cloneable 接口类似，都是标记型接口。

来看例子

@Data
class Bag implements Serializable {
    private String color;
    private int price;

    public Bag(String color, int price) {
        this.color = color;
        this.price = price;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "color='" + color + ", price=" + price;
    }
}

Bag 需要实现 Serializable 接口

@Data
class Student implements Serializable {
    //年龄和名字是基本属性
    private int age;
    private String name;
    //书包是引用属性
    private Bag bag;

    public Student(int age, String name, Bag bag) {
        this.age = age;
        this.name = name;
        this.bag = bag;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "age=" + age + ", name='" + name + ", bag=" + bag;
    }

    //使用序列化拷贝
    public Object serializeClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
        // 序列化
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);

        oos.writeObject(this);

        // 反序列化
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);

        return ois.readObject();
    }

}

Student 类也需要实现 Serializable 接口，并且在该类中，增加了一个 serializeClone() 的方法，利用 OutputStream 进行序列化，InputStream 进行反序列化，这样就实现了深拷贝。

来看示例

class TestClone {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException, IOException, ClassNotFoundException {
        Student student1 = new Student(18, "张三", new Bag("红",100));
        Student student2 = (Student) student1.serializeClone();

        System.out.println("浅拷贝后：");
        System.out.println("student1：" + student1);
        System.out.println("student2：" + student2);

        //修改非引用类型属性name
        student2.setName("李四");

        //修改引用类型属性bag
        Bag bag = student2.getBag();
        bag.setColor("蓝");
        bag.setPrice(200);

        System.out.println("修改了 student2 的 name 和 bag 后：");
        System.out.println("student1：" + student1);
        System.out.println("student2：" + student2);

    }
}


//与之前测试类不同的是，调用了 serializeClone() 方法。
浅拷贝后：
student1：age=18, name='张三, bag=color='红, price=100
student2：age=18, name='张三, bag=color='红, price=100
修改了 student2 的 name 和 bag 后：
student1：age=18, name='张三, bag=color='红, price=100
student2：age=18, name='李四, bag=color='蓝, price=200

测试结果和之前用 clone() 方法实现的深拷贝一样。

clone() 方法同时是一个本地（native）方法，它的具体实现会交给 HotSpot 虚拟机，那就意味着虚拟机在运行该方法的时候，会将其替换为更高效的 C/C++ 代码，进而调用操作系统去完成对象的克隆工作。

需要注意，由于是序列化涉及到输入流和输出流的读写，在性能上要比 HotSpot 虚拟机实现的 clone() 方法差很多。

浅拷贝、深拷贝与序列化【初级Java必需理解的概念】

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正文

浅拷贝

深拷贝

序列化

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