面试题：图解深克隆和浅克隆

获得好工作的秘密：有效的准备面试。

在开始之前，我们先来看以下代码存在什么问题？

class CloneTest {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {// 等号赋值（ 基本类型）int number = 6;int number2 = number;// 修改 number2 的值number2 = 9;System.out.println("number：" + number);System.out.println("number2：" + number2);// 等号赋值（对象）Dog dog = new Dog();dog.name = "旺财";dog.age = 5;Dog dog2 = dog;// 修改 dog2 的值dog2.name = "大黄";dog2.age = 3;System.out.println(dog.name + "，" + dog.age + "岁");System.out.println(dog2.name + "，" + dog2.age + "岁");}
}

程序执行结果：

number：6
number2：9
大黄，3岁
大黄，3岁

可以看出，如果使用等号复制时，对于值类型来说，彼此之间的修改操作是相对独立的，而对于引用类型来说，因为复制的是引用对象的内存地址，所以修改其中一个值，另一个值也会跟着变化，原理如下图所示：因此为了防止这种问题的发生，就要使用对象克隆来解决引用类型复制的问题。

1）浅克隆

默认的 clone() 方法，为浅克隆，代码如下：

class CloneTest {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {Dog dog = new Dog();dog.name = "旺财";dog.age = 5;// 克隆Dog dog3 = (Dog) dog.clone();dog3.name = "小白";dog3.age = 2;System.out.println(dog.name + "，" + dog.age + "岁");System.out.println(dog3.name + "，" + dog3.age + "岁");}
}
class Dog implements Cloneable {public String name;public int age;@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}
}

程序执行结果：

旺财，5岁
小白，2岁

可以看出使用克隆就可以解决引用类型复制的问题了，原理如下图所示：以上这种复制方式叫做浅克隆。浅克隆的实现条件：需要克隆的对象必须实现 Cloneable 接口，并重写 clone() 方法，即可实现对此对象的克隆。然而使用浅克隆也会存在一个问题，请参考以下代码。

class CloneTest {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {DogChild dogChild = new DogChild();dogChild.name = "二狗";Dog dog4 = new Dog();dog4.name = "大黄";dog4.dogChild = dogChild;Dog dog5 = (Dog) dog4.clone();dog5.name = "旺财";dog5.dogChild.name = "狗二";System.out.println("dog name 4："+dog4.name);System.out.println("dog name 5："+dog5.name);System.out.println("dog child name 4："+dog4.dogChild.name);System.out.println("dog child name 5："+dog5.dogChild.name);}
}
class Dog implements Cloneable {public String name;public DogChild dogChild;@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}
}
class DogChild {public String name;
}

程序执行结果：

dog name 4：大黄
dog name 5：旺财
dog child name 4：狗二
dog child name 5：狗二

也就是说浅克隆，只会复制对象的值类型，而不会复制对象的引用类型。原因如下图所示：要处理引用类型不被复制的问题，就要使用到深克隆。

2）深克隆

定义：深克隆就是复制整个对象信息，包含值类型和引用类型。深克隆的实现方式通常包含以下两种。

  • 序列化实现深克隆：先将原对象序列化到内存的字节流中，再从字节流中反序列化出刚刚存储的对象，这个新对象和原对象就不存在任何地址上的共享，这样就实现了深克隆。

  • 所有引用类型都实现克隆：要复制对象的所有引用类型都要实现克隆，所有对象都是复制的新对象，从而实现了深克隆。

深克隆实现方式一：序列化

实现思路：先将要拷贝对象写入到内存中的字节流中，然后再从这个字节流中读出刚刚存储的信息，作为一个新对象返回，那么这个新对象和原对象就不存在任何地址上的共享，自然实现了深拷贝。请参考以下代码：

class CloneTest {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {BirdChild birdChild = new BirdChild();birdChild.name = "小小鸟";Bird bird = new Bird();bird.name = "小鸟";bird.birdChild = birdChild;// 使用序列化克隆对象Bird bird2 = CloneUtils.clone(bird);bird2.name = "黄雀";bird2.birdChild.name = "小黄雀";System.out.println("bird name:" + bird.name);System.out.println("bird child name:" + bird.birdChild.name);System.out.println("bird name 2:" + bird2.name);System.out.println("bird child name 2:" + bird2.birdChild.name);}
}
class CloneUtils {public static <T extends Serializable> T clone(T obj) {T cloneObj = null;try {//写入字节流ByteArrayOutputStream bo = new ByteArrayOutputStream();ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bo);oos.writeObject(obj);oos.close();//分配内存,写入原始对象,生成新对象ByteArrayInputStream bi = new ByteArrayInputStream(bo.toByteArray());//获取上面的输出字节流ObjectInputStream oi = new ObjectInputStream(bi);//返回生成的新对象cloneObj = (T) oi.readObject();oi.close();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}return cloneObj;}
}

程序执行结果：

bird name:小鸟
bird child name:小小鸟
bird name 2:黄雀
bird child name 2:小黄雀

深克隆实现方式二：所有引用类型都实现克隆

class SerializableTest {public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {ParrotChild parrotChild = new ParrotChild();parrotChild.name = "小鹦鹉";Parrot parrot = new Parrot();parrot.name = "大鹦鹉";parrot.parrotChild = parrotChild;// 克隆Parrot parrot2 = (Parrot) parrot.clone();parrot2.name = "老鹦鹉";parrot2.parrotChild.name = "少鹦鹉";System.out.println("parrot name:" + parrot.name);System.out.println("parrot child name:" + parrot.parrotChild.name);System.out.println("parrot name 2:" + parrot2.name);System.out.println("parrot child name 2:" + parrot2.parrotChild.name);}}
class Parrot implements Cloneable {public String name;public ParrotChild parrotChild;@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {Parrot bird = (Parrot) super.clone();bird.parrotChild = (ParrotChild) parrotChild.clone();return bird;}
}
class ParrotChild implements Cloneable {public String name;@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}
}

程序执行结果：

parrot name:大鹦鹉
parrot child name:小鹦鹉
parrot name 2:老鹦鹉
parrot child name 2:少鹦鹉

相关面试题

使用克隆有什么好处？

好处包含以下几点：

  • 使用方便：假如要复制一个对象，但这个对象中的部分属性已经被修改过了，如果不使用克隆的话，需要给属性手动赋值，相比克隆而已麻烦很多；

  • 性能高：查看 clone 方法可以知道，它是 native 方法，native 方法是原生函数，使用操作系统底层的语言实现的，因此执行效率更高；

  • 隔离性：克隆可以确保对象操作时相互隔离。

clone() 源代码，如下图：

浅克隆和深克隆有什么区别？

答：区别主要在对引用类型的复制上，具体信息如下。

  • 浅克隆：只会复制对象的值类型，而不会复制对象的引用类型；

  • 深克隆：复制整个对象，包含值类型和引用类型。

如何实现浅克隆？

答：克隆的对象实现 Cloneable 接口，并重写 clone() 方法就可以实现浅克隆了。

以下代码执行的结果是？

import java.util.Arrays;
class CloneTest {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {CloneObj cloneObj = new CloneObj();cloneObj.name = "老王";cloneObj.age = 30;cloneObj.sistersAge = new int[]{18, 19};CloneObj cloneObj2 = (CloneObj) cloneObj.clone();cloneObj2.name = "磊哥";cloneObj2.age = 33;cloneObj2.sistersAge[0] = 20;System.out.println(cloneObj.name + "|" + cloneObj2.name);System.out.println(cloneObj.age + "|" + cloneObj2.age);System.out.println(Arrays.toString(cloneObj.sistersAge) + "|" + Arrays.toString(cloneObj2.sistersAge));}
}
class CloneObj implements Cloneable {public String name;public int age;public int[] sistersAge;@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}
}

答：执行结果如下。

老王|磊哥
30|33
[20, 19]|[20, 19]

深克隆如何实现？有几种实现方式？

答：一般实现方式有以下两种：

  • 通过序列化实现深克隆（序列化实现方式：Java 原生序列化、JSON 序列化、Hessian 序列化）；

  • 所有引用类型都实现克隆，从而实现深克隆。

为什么不能直接使用 Object 的 Clone 方法，还要重写 clone() 方法之后才能实现克隆？

虽然所有类都是 Object 的子类，但因为 Object 中的 clone() 方法被声明为 protected 访问级别，所以非 java.lang 包下的其他类是不能直接使用的。因此要想实现克隆功能，就必须实现 Cloneable，并重写 clone() 方法才行。

序列化可不可以实现深克隆？实现的原理是什么？

答：先将原对象序列化到内存的字节流中，再从字节流中反序列化出刚刚存储的对象，这个新对象和原对象就不存在任何地址上的共享，这样就实现了深克隆。

是否可以自定义序列化过程，覆盖 Java 中的默认序列化过程？

答：可以，在 Java 中默认序列化一个对象需要调用 ObjectOutputStream.writeObject(saveThisObject) 和 ObjectInputStream.readObject() 读取对象，你可以自定义这两个方法，从而实现自定义序列化的过程。需要注意的重要一点是，记得声明这些方法为私有方法，以避免被继承、重写或重载。

以上内容来自《Java面试全解析》

【End】

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