Java中對(duì)象的創(chuàng)建

clone顧名思義就是復(fù)制， 在Java語(yǔ)言中， clone方法被對(duì)象調(diào)用，所以會(huì)復(fù)制對(duì)象。所謂的復(fù)制對(duì)象，首先要分配一個(gè)和源對(duì)象同樣大小的空間，在這個(gè)空間中創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象。那么在java語(yǔ)言中，有幾種方式可以創(chuàng)建對(duì)象呢？

1 使用new操作符創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象

2 使用clone方法復(fù)制一個(gè)對(duì)象

那么這兩種方式有什么相同和不同呢？ new操作符的本意是分配內(nèi)存。程序執(zhí)行到new操作符時(shí)， 首先去看new操作符后面的類型，因?yàn)橹懒祟愋?，才能知道要分配多大的?nèi)存空間。分配完內(nèi)存之后，再調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，填充對(duì)象的各個(gè)域，這一步叫做對(duì)象的初始化，構(gòu)造方法返回后，一個(gè)對(duì)象創(chuàng)建完畢，可以把他的引用（地址）發(fā)布到外部，在外部就可以使用這個(gè)引用操縱這個(gè)對(duì)象。而clone在第一步是和new相似的， 都是分配內(nèi)存，調(diào)用clone方法時(shí)，分配的內(nèi)存和源對(duì)象（即調(diào)用clone方法的對(duì)象）相同，然后再使用原對(duì)象中對(duì)應(yīng)的各個(gè)域，填充新對(duì)象的域， 填充完成之后，clone方法返回，一個(gè)新的相同的對(duì)象被創(chuàng)建，同樣可以把這個(gè)新對(duì)象的引用發(fā)布到外部。

復(fù)制對(duì)象 or 復(fù)制引用

在Java中，以下類似的代碼非常常見：

Person p = new Person(23, "zhang"); 
Person p1 = p; 
System.out.println(p); 
System.out.println(p1); 

當(dāng)Person p1 = p;執(zhí)行之后， 是創(chuàng)建了一個(gè)新的對(duì)象嗎？ 首先看打印結(jié)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，那么肯定是同一個(gè)對(duì)象。p和p1只是引用而已，他們都指向了一個(gè)相同的對(duì)象Person(23, "zhang") 。 可以把這種現(xiàn)象叫做引用的復(fù)制。 （關(guān)于引用和對(duì)象的區(qū)分，可以參考我之前的文章Java中的String為什么是不可變的？ -- String源碼分析 ， 其中有一節(jié)講到了引用和對(duì)象的區(qū)分）。上面代碼執(zhí)行完成之后， 內(nèi)存中的情景如下圖所示：

而下面的代碼是真真正正的克隆了一個(gè)對(duì)象。

Person p = new Person(23, "zhang"); 
Person p1 = (Person) p.clone(); 
System.out.println(p); 
System.out.println(p1); 

從打印結(jié)果可以看出，兩個(gè)對(duì)象的地址是不同的，也就是說(shuō)創(chuàng)建了新的對(duì)象， 而不是把原對(duì)象的地址賦給了一個(gè)新的引用變量：

com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@67f1fba0

以上代碼執(zhí)行完成后， 內(nèi)存中的情景如下圖所示：

深拷貝 or 淺拷貝

上面的示例代碼中，Person中有兩個(gè)成員變量，分別是name和age， name是String類型， age是int類型。代碼非常簡(jiǎn)單，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是基本數(shù)據(jù)類型， 那么對(duì)它的拷貝沒有什么疑議，直接將一個(gè)4字節(jié)的整數(shù)值拷貝過(guò)來(lái)就行。但是name是String類型的， 它只是一個(gè)引用， 指向一個(gè)真正的String對(duì)象，那么對(duì)它的拷貝有兩種方式： 直接將源對(duì)象中的name的引用值拷貝給新對(duì)象的name字段， 或者是根據(jù)原Person對(duì)象中的name指向的字符串對(duì)象創(chuàng)建一個(gè)新的相同的字符串對(duì)象，將這個(gè)新字符串對(duì)象的引用賦給新拷貝的Person對(duì)象的name字段。這兩種拷貝方式分別叫做淺拷貝和深拷貝。深拷貝和淺拷貝的原理如下圖所示：

下面通過(guò)代碼進(jìn)行驗(yàn)證。如果兩個(gè)Person對(duì)象的name的地址值相同， 說(shuō)明兩個(gè)對(duì)象的name都指向同一個(gè)String對(duì)象， 也就是淺拷貝， 而如果兩個(gè)對(duì)象的name的地址值不同， 那么就說(shuō)明指向不同的String對(duì)象， 也就是在拷貝Person對(duì)象的時(shí)候， 同時(shí)拷貝了name引用的String對(duì)象， 也就是深拷貝。驗(yàn)證代碼如下：

Person p = new Person(23, "zhang"); 
Person p1 = (Person) p.clone(); 
String result = p.getName() == p1.getName()  
    ? "clone是淺拷貝的" : "clone是深拷貝的"; 
System.out.println(result); 

打印結(jié)果為：

clone是淺拷貝的

所以，clone方法執(zhí)行的是淺拷貝， 在編寫程序時(shí)要注意這個(gè)細(xì)節(jié)。

覆蓋Object中的clone方法， 實(shí)現(xiàn)深拷貝

現(xiàn)在為了要在clone對(duì)象時(shí)進(jìn)行深拷貝， 那么就要Clonable接口，覆蓋并實(shí)現(xiàn)clone方法，除了調(diào)用父類中的clone方法得到新的對(duì)象， 還要將該類中的引用變量也clone出來(lái)。如果只是用Object中默認(rèn)的clone方法，是淺拷貝的，再次以下面的代碼驗(yàn)證：

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)); 
} 

在以上代碼中， 有兩個(gè)主要的類， 分別為Body和Face， 在Body類中， 組合了一個(gè)Face對(duì)象。當(dāng)對(duì)Body對(duì)象進(jìn)行clone時(shí)， 它組合的Face對(duì)象只進(jìn)行淺拷貝。打印結(jié)果可以驗(yàn)證該結(jié)論：

body == body1 : false
body.head == body1.head : true

如果要使Body對(duì)象在clone時(shí)進(jìn)行深拷貝， 那么就要在Body的clone方法中，將源對(duì)象引用的Head對(duì)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)); 
} 

打印結(jié)果為：

body == body1 : false
body.head == body1.head : false

由此可見， body和body1內(nèi)的head引用指向了不同的Head對(duì)象， 也就是說(shuō)在clone Body對(duì)象的同時(shí)， 也拷貝了它所引用的Head對(duì)象， 進(jìn)行了深拷貝。

真的是深拷貝嗎

由上一節(jié)的內(nèi)容可以得出如下結(jié)論：如果想要深拷貝一個(gè)對(duì)象， 這個(gè)對(duì)象必須要實(shí)現(xiàn)Cloneable接口，實(shí)現(xiàn)clone方法，并且在clone方法內(nèi)部，把該對(duì)象引用的其他對(duì)象也要clone一份 ， 這就要求這個(gè)被引用的對(duì)象必須也要實(shí)現(xiàn)Cloneable接口并且實(shí)現(xiàn)clone方法。

那么，按照上面的結(jié)論， Body類組合了Head類， 而Head類組合了Face類，要想深拷貝Body類，必須在Body類的clone方法中將Head類也要拷貝一份，但是在拷貝Head類時(shí)，默認(rèn)執(zhí)行的是淺拷貝，也就是說(shuō)Head中組合的Face對(duì)象并不會(huì)被拷貝。驗(yàn)證代碼如下：（這里本來(lái)只給出Face類的代碼就可以了， 但是為了閱讀起來(lái)具有連貫性，避免丟失上下文信息， 還是給出整個(gè)程序，整個(gè)程序也非常簡(jiǎn)短）

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(); 
  } 
}  
static class Face{} 
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException { 
  Body body = new Body(new Head(new Face())); 
  Body body1 = (Body) body.clone(); 
  System.out.println("body == body1 : " + (body == body1) ); 
  System.out.println("body.head == body1.head : " + (body.head == body1.head)); 
  System.out.println("body.head.face == body1.head.face : " + (body.head.face == body1.head.face)); 
} 

打印結(jié)果為：

body == body1 : false
body.head == body1.head : false
body.head.face == body1.head.face : true

內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：

那么，對(duì)Body對(duì)象來(lái)說(shuō)，算是這算是深拷貝嗎？其實(shí)應(yīng)該算是深拷貝，因?yàn)閷?duì)Body對(duì)象內(nèi)所引用的其他對(duì)象（目前只有Head）都進(jìn)行了拷貝，也就是說(shuō)兩個(gè)獨(dú)立的Body對(duì)象內(nèi)的head引用已經(jīng)指向了獨(dú)立的兩個(gè)Head對(duì)象。但是，這對(duì)于兩個(gè)Head對(duì)象來(lái)說(shuō)，他們指向了同一個(gè)Face對(duì)象，這就說(shuō)明，兩個(gè)Body對(duì)象還是有一定的聯(lián)系，并沒有完全的獨(dú)立。這應(yīng)該說(shuō)是一種不徹底的深拷貝。

如何進(jìn)行徹底的深拷貝

對(duì)于上面的例子來(lái)說(shuō)，怎樣才能保證兩個(gè)Body對(duì)象完全獨(dú)立呢？只要在拷貝Head對(duì)象的時(shí)候，也將Face對(duì)象拷貝一份就可以了。這需要讓Face類也實(shí)現(xiàn)Cloneable接口，實(shí)現(xiàn)clone方法，并且在在Head對(duì)象的clone方法中，拷貝它所引用的Face對(duì)象。修改的部分代碼如下：

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(); 
    Head newHead = (Head) super.clone(); 
    newHead.face = (Face) this.face.clone(); 
    return newHead; 
  } 
}  
static class Face implements Cloneable{ 
  @Override 
  protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 
    return super.clone(); 
  } 
} 

再次運(yùn)行上面的示例，得到的運(yùn)行結(jié)果如下：

body == body1 : false
body.head == body1.head : false
body.head.face == body1.head.face : false

這說(shuō)名兩個(gè)Body已經(jīng)完全獨(dú)立了，他們間接引用的face對(duì)象已經(jīng)被拷貝，也就是引用了獨(dú)立的Face對(duì)象。內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖如下：

依此類推，如果Face對(duì)象還引用了其他的對(duì)象， 比如說(shuō)Mouth，如果不經(jīng)過(guò)處理，Body對(duì)象拷貝之后還是會(huì)通過(guò)一級(jí)一級(jí)的引用，引用到同一個(gè)Mouth對(duì)象。同理， 如果要讓Body在引用鏈上完全獨(dú)立， 只能顯式的讓Mouth對(duì)象也被拷貝。

到此，可以得到如下結(jié)論：如果在拷貝一個(gè)對(duì)象時(shí)，要想讓這個(gè)拷貝的對(duì)象和源對(duì)象完全彼此獨(dú)立，那么在引用鏈上的每一級(jí)對(duì)象都要被顯式的拷貝。所以創(chuàng)建徹底的深拷貝是非常麻煩的，尤其是在引用關(guān)系非常復(fù)雜的情況下， 或者在引用鏈的某一級(jí)上引用了一個(gè)第三方的對(duì)象， 而這個(gè)對(duì)象沒有實(shí)現(xiàn)clone方法， 那么在它之后的所有引用的對(duì)象都是被共享的。 舉例來(lái)說(shuō)，如果被Head引用的Face類是第三方庫(kù)中的類，并且沒有實(shí)現(xiàn)Cloneable接口，那么在Face之后的所有對(duì)象都會(huì)被拷貝前后的兩個(gè)Body對(duì)象共同引用。假設(shè)Face對(duì)象內(nèi)部組合了Mouth對(duì)象，并且Mouth對(duì)象內(nèi)部組合了Tooth對(duì)象， 內(nèi)存結(jié)構(gòu)如下圖：

寫在最后

clone在平時(shí)項(xiàng)目的開發(fā)中可能用的不是很頻繁，但是區(qū)分深拷貝和淺拷貝會(huì)讓我們對(duì)java內(nèi)存結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式有更深的了解。至于徹底深拷貝，幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的，原因已經(jīng)在上一節(jié)中進(jìn)行了說(shuō)明。深拷貝和徹底深拷貝，在創(chuàng)建不可變對(duì)象時(shí)，可能對(duì)程序有著微妙的影響，可能會(huì)決定我們創(chuàng)建的不可變對(duì)象是不是真的不可變。clone的一個(gè)重要的應(yīng)用也是用于不可變對(duì)象的創(chuàng)建。關(guān)于創(chuàng)建不可變對(duì)象，我會(huì)在后續(xù)的文章中進(jìn)行闡述，敬請(qǐng)期待。