java clone 详解

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我们知道，Java是纯面向对象的程序设计语言。Java里，所有的类的顶级父类都是java.lang.Object类，也就是说，如果一个类没有显示申明继承关系，它的父类默认就是java.lang.Object。
                                                                                   
   有一个很简单的方法可以证明这一点，我们写一个Test类，如下：

public class Test {
    public void someMethod() {
        super.clone();
    }
} 

 

里面调用了super.clone()，编译时并不报错。其实clone()方法为java.lang.Object类提供的一个protected型方法。



对象克隆
本文通过介绍java.lang.Object#clone()方法来说明Java语言的对象克隆特性。
java.lang.Object#clone()方法由java.lang.Object加以实现，主要对对象本身加以克隆。
首先我们看看下面的例子：

public class TestClone {
    public static void main(String[] args) {
        MyClone myClone1 = new MyClone("clone1");
       
        MyClone myClone2 = (MyClone)myClone1.clone();
       
        if (myClone2 != null) {
            System.out.println(myClone2.getName());
            System.out.println("myClone2 equals myClone1: " + myClone2.equals(myClone1));
        } else {
            System.out.println("Clone Not Supported");
        }
    }
} 

 

 

class MyClone {
    private String name;
    public MyClone(String name) {
        this.name = name;
    }
   
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
   
    public Object clone() {
        try {
            return super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            return null;
        }
    } 

 

编译执行TestClone，打印出：

C:\clone>javac *.java
C:\clone>java TestClone
Clone Not Supported
C:\clone>

说明MyClone#clone()方法调用super.clone()时抛出了CloneNotSupportedException异常，不支持克隆。

为什么父类java.lang.Object里提供了clone()方法，却不能调用呢？

原来，Java语言虽然提供了这个方法，但考虑到安全问题， 一方面将clone()访问级别设置为protected型，以限制外部类访问；
另一方面，强制需要提供clone功能的子类实现java.lang.Cloneable接口，在运行期，JVM会检查调用clone()方法的 类，如果该类未实现java.lang.Cloneable接口，则抛出CloneNotSupportedException异常。

java.lang.Cloneable接口是一个空的接口，没有申明任何属性与方法。该接口只是告诉JVM，该接口的实现类需要开放“克隆”功能。

我们再将MyClone类稍作改变，让其实现Cloneable接口：
class MyClone implements Cloneable {
    ...//其余不做改变
}

编译执行TestClone，打印出：

C:\clone>javac *.java
C:\clone>java TestClone
clone1
myClone2 equals myClone1: false
C:\clone>

根据结果，我们可以发现：
1，myClone1.clone()克隆了跟myClone1具有相同属性值的对象
2，但克隆出的对象myClone2跟myClone1不是同一个对象（具有不同的内存空间）

小结：
如果要让一个类A提供克隆功能，该类必须实现java.lang.Cloneable接口，并重载java.lang.Object#clone()方法。

public class A extends Cloneable {
    public Object clone() {
        try {
            return super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            //throw (new InternalError(e.getMessage()));
            return null;
        }
    }
} 

 

对象的深层次克隆
  上例说明了怎么样克隆一个具有简单属性（String，int，boolean等）的对象。


但如果一个对象的属性类型是List，Map，或者用户自定义的其他类时，克隆行为是通过怎样的方式进行的？
很多时候，我们希望即使修改了克隆后的对象的属性值，也不会影响到原对象，这种克隆我们称之为对象的深层次克隆。怎么样实现对象的深层次克隆呢？

验证对象的克隆方式
为了验证对象的克隆方式，我们对上面的例子加以改进，如下（为了节省篇幅，我们省略了setter与getter方法）：

public class TestClone {
    public static void main(String[] args) {
        //为克隆对象设置值
         MyClone myClone1 = new MyClone("clone1");
         myClone1.setBoolValue(true);
         myClone1.setIntValue(100);
       
        //设置List值
         List <Element>listValue = new ArrayList<Element>();
         listValue.add(new Element("ListElement1"));
         listValue.add(new Element("ListElement2"));
         listValue.add(new Element("ListElement3"));
         myClone1.setListValue(listValue);
       
        //设置Element值
         Element element1 = new Element("element1");
         myClone1.setElement(element1);
       
       
        //克隆
         MyClone myClone2 = (MyClone)myClone1.clone();
       
        if (myClone2 != null) {
           
            //简单属性
             System.out.println("myClone2.name=" + myClone2.getName()
                     + " myClone2.boolValue=" + myClone2.isBoolValue()
                     + " myClone2.intValue=" + myClone2.getIntValue() );
           
            //复合属性（List<Element>与Element）
             List clonedList = myClone2.getListValue();
             Element element2 = myClone2.getElement();
           
             System.out.println("myClone2.listValue.size():" + clonedList.size());
             System.out.println("myClone2.element.equals(myClone1.element):" + element2.equals(element1));
             System.out.println("myClone2.element.name:" + element2.getName());
           
            //下面我们测试一下myClone2.element是否等于myClone1.element
            //以及myClone2.listValue是否等于myClone1.listValue
            //为此，我们修改myClone2.element与myClone2.listValue，如果myClone1的相应值也跟着被修改了，则它们引用的是同一个内存空间的变量，我们认为它们相等
           
             clonedList.add("ListElement4");
           
             System.out.println("myClone1.listValue.size():" + listValue.size());
           
             element2.setName("Element2");
             System.out.println("myClone1.element.name:" + element1.getName());
           
         } else {
             System.out.println("Clone Not Supported");
         }       
       
     }

} 

 

class MyClone implements Cloneable {
    private int intValue;
    private boolean boolValue;
    private String name;
    private List <Element>listValue;
    private Element element;

    public MyClone(String name) {
         this.name = name;
     }

     ...//setter与getter方法（略）
}

class Element implements Cloneable   {
    private String name;
   
    public Element (String name) {
         this.name = name;
     }

     ...//setter与getter方法（略）
} 

 

编译执行TestClone，打印出：

C:\clone>javac *.java
C:\clone>java TestClone
myClone2.name=clone1 myClone2.boolValue=true myClone2.intValue=100
myClone2.listValue.size():3
myClone2.element.equals(myClone1.element):true
myClone2.element.name:element1
myClone1.listValue.size():4
myClone1.element.name:Element2
myClone2 equals myClone1: false
C:\clone>
我们发现，对于对象里的List，Element等复合属性，super.clone()只是简单地赋值，没有采取克隆手段。也就是说，修改被克隆后的对象值，会影响到原对象。

怎么进行深层次的克隆呢？
答案是，我们只能手动在重载的clone()方法里，对属性也分别采用克隆操作。当然条件是，属性类也得支持克隆操作

class MyClone implements Cloneable {
     ...
    public Object clone() {
        try {
             MyClone myClone = (MyClone)super.clone();
            //分别对属性加以克隆操作
             myClone.element = this.element.clone();
           
             myClone.listValue = new ArrayList();
            for (Element ele:this.listValue) {
                 myClone.listValue.add(ele.clone());
             }
                       
            return myClone;
         } catch (CloneNotSupportedException e) {
            return null;
         }
     }
     ...
} 

 

//让Element类也支持克隆操作
class Element implements Cloneable   {
     ...
    public Element clone() {
        try {
            return (Element)super.clone();
         } catch (CloneNotSupportedException e) {
            return null;
         }
     }
} 

 

深层次的克隆操作往往存在效率问题，尤其是需要让List，Map等集合类也支持深层次的克隆操作时。

总结：
本文结合范例，比较深入地介绍了Java语言的克隆属性，以及克隆的实现方法等。同时分析了深层次克隆的概念，实现，以及存在的问题等。 但是有没有更好的方法呢？当然，是有的，串行化来实现。