Java中实现对象的拷贝案例讲解_Java

对象的拷贝

简介

对象的拷贝，把一个对象中的数据，复制到另一个相同类型的对象中，在某些情况下，这会很有用，例如，创建线程安全的实例中提到的一个规范，对象应该返回自身数据的拷贝，而不应该返回数据本身，避免外部对于数据的修改影响到对象本身，string类就是这么写的，它会对外返回char数组的拷贝，而不是char数组本身，这样，当用户修改char数组时，不会影响到string对象本身。

string类的tochararray方法，返回内部char数组的拷贝

public char[] tochararray() {
    // cannot use arrays.copyof because of class initialization order issues
    char result[] = new char[value.length];
    system.arraycopy(value, 0, result, 0, value.length);
    return result;
}

浅拷贝和深拷贝

对象的拷贝，依据类型的不同，可以分为浅拷贝和深拷贝，浅拷贝是引用复制，深拷贝是数据复制。

浅拷贝和深拷贝：

浅拷贝：将原对象中的所有字段复制到新对象中，如果字段是基本数据类型，则复制的是值，如果字段是引用数据类型，则复制的是指向引用的地址，此时，新对象和原对象之间存在共享数据，如果某个对象修改了这部分数据，另一个对象也会受影响
深拷贝：不仅将源对象中所有字段复制到新对象中，还会递归地复制字段引用的对象，在深拷贝结束后，原对象和新对象之间不存在任何共享数据，某个对象被修改，不会影响到另一个对象。

浅拷贝

object.clone方法，浅拷贝通常是通过这个方法来实现，它是一个本地方法，位于object类中，子类也可以重写它来实现深拷贝，但是通常不需要这么做，因为代价比较大，如果希望深拷贝是一项通用能力的话。

方法签名：protected native object clone() throws clonenotsupportedexception;

clone方法的使用：

clone()方法是protected的，这意味着只有子类和同一个包中的其他类可以调用它。
如果一个类没有实现cloneable接口，尝试调用它的clone()方法将抛出clonenotsupportedexception。
当用需要克隆一个对象时，需要会在子类中重写clone()方法，并确保它是public的，这样外部代码才能调用它。

clone方法的底层原理：clone()方法创建了一个对象的浅拷贝。这意味着新对象和原始对象在内存中是两个独立的副本，但是它们中的引用字段指向相同的对象。

案例：

// person类
public class person implements cloneable{
    private string name;
    private int age;
    @override
    public person clone() throws clonenotsupportedexception {
        return (person) super.clone();
    }
    // 省略构造方法、getter、setter、tostring
}
// persongroup类：持有person类的引用，通过这个引用，就可以看出深拷贝和浅拷贝的区别
public class persongroup implements cloneable {
    private string groupname;
    private person person1;
    @override
    public persongroup clone() throws clonenotsupportedexception {
        return (persongroup) super.clone();
    }
    // 省略构造方法、getter、setter、tostring
}
// 测试
public class test3 {
    public static void main(string[] args) throws clonenotsupportedexception {
        person person = new person("张三", 18);
        persongroup persongroup = new persongroup("aaa", person);
        persongroup clone = persongroup.clone();
        system.out.println("clone = " + clone);
    }
}

对测试类进行debug，观察克隆出的实例和原实例的内存地址，以及它们中成员变量的内存地址，可以得出结论：object类中的clone方法，将原实例在堆内存中的数据复制了一份，到新的内存空间，再将新内存空间的地址赋值给clone后的对象，两块内存地址中如果有引用类型的数据，那么它们指向相同的内存空间

关于浅拷贝，有一个地方值得注意，在原对象中有引用类型的数据的情况下，浅拷贝出的新对象，如果修改了这个引用指向的对象，原对象也会受影响，如果是修改了引用本身的指向，那么新对象不受影响。

深拷贝

深拷贝有多种实现方式，包括基于io流的深拷贝、基于json转换的深拷贝，核心原理都是把原对象和它引用的对象，全部复制一份，然后创建一个新对象，新对象的引用也是新对象。原对象和新对象中不存在任何共享对象。

方式1：使用io流实现深拷贝

@suppresswarnings("unchecked")
public static <t> t deepcopybyio(t object) {
    if (object == null) {
        return null;
    }
    // bytearrayoutputstream、bytearrayinputstream，是内存流，即使不关闭也不会造成资源泄露，例如文件句柄未
    // 释放等问题，即使如此，随时关闭流依然是一个好习惯，而且关闭输出流会保证缓冲区的数据被正确的写出
    try (bytearrayoutputstream bytearrayoutputstream = new bytearrayoutputstream();
         objectoutputstream objectoutputstream = new objectoutputstream(bytearrayoutputstream)) {
        objectoutputstream.writeobject(object);
        try (bytearrayinputstream bytearrayinputstream = new bytearrayinputstream(bytearrayoutputstream.tobytearray());
             objectinputstream objectinputstream = new objectinputstream(bytearrayinputstream)) {
            return (t) objectinputstream.readobject();
        }
    } catch (exception e) {
        e.printstacktrace(); // 打印异常信息
        return null;
    }
}

apache提供的common-langs包中也提供了类似的实现，serializationutils.clone方法

2、使用json实现深拷贝

// 这里使用的是gson框架，
public static <t> t deepcopybygson(t object) {
    if (object == null) {
        return null;
    }
    try {
        gson gson = new gson(); 
        // 获取对象的类型
        type type = object.getclass();
        // 将对象转换为 json 字符串
        string jsonstring = gson.tojson(object);
        // 从 json 字符串解析回对象
        return gson.fromjson(jsonstring, type);
    } catch (exception e) {
        e.printstacktrace();
        return null;
    }
}

3、使用一些更高效的序列化框架，如hession、kryo等，都可以实现深拷贝。

深拷贝和循环引用

循环引用是指，两个对象互相持有对方的引用，这种情况下，即使是简单的tostring方法，如果处理不当，也可能会栈内存溢出。

案例：循环引用

// 两个对象互相持有对方的引用
@getter
@setter
public static class person1 implements serializable {
    private string name;
    private person2 person2;
    @override
    public string tostring() {
        return "person1{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", person2=" + person2 +
                '}';
    }
}
@getter
@setter
public static class person2 implements serializable {
    private string name;
    private person1 person1;
    @override
    public string tostring() {
        return "person2{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", person1=" + person1.tostring() +
                '}';
    }
}
// 测试
@test
public void test4() {
    person1 person1 = new person1();
    person2 person2 = new person2();
    person1.setname("zs");
    person1.setperson2(person2);
    person2.setname("ls");
    person2.setperson1(person1);
    system.out.println("person1 = " + person1);
}

这个案例会报栈内存溢出，因为在打印对象时，调用了它的tostring方法，打印对象1的时候发现需要打印对象2，打印对象2的时候发现需要打印对象1，造成循环调用，最终栈内存溢出。

所以在深拷贝时，如何解决循环引用的问题？

方式1：使用基于io流的方式，这种方法天然可以避免循环引用，因为对象序列化机制内置了对循环引用的检测和处理

方式2：忽略循环引用相关的字段，某些json框架可以手动配置，忽略某些字段。

案例：使用fastjson来解决循环引用的问题，这是fastjson内置的特性，在最终结果中，它会使用 “ref” 来代替循环引用

@test
public void test4() {
    person1 person1 = new person1();
    person2 person2 = new person2();
    person1.setname("zs");
    person1.setperson2(person2);
    person2.setname("ls");
    person2.setperson1(person1);
    // 深拷贝
    string jsonstring = json.tojsonstring(person1, jsonwriter.feature.referencedetection);
    person1 person3 = json.parseobject(jsonstring, person1.class);
    // {"name":"zs","person2":{"name":"ls","person1":{"$ref":"$"}}}
    system.out.println("jsonstring = " + jsonstring);
}