Java - 关于 Cloneable 接口 clone 方法

Posted 2021-10-18 程序员牧码

一、使用

创建对象有两种方式：new 和 clone

当一个对象创建过程复杂，我们是否可以根据已有的对象直接来克隆一份，而不必关系创建的细节呢（原型模式）

1、Java Object根类默认提供了clone方法

protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

一个本地方法，protected权限： 这样做是为避免我们创建每一个类都默认具有克隆能力。　

2、实现Cloneable接口

我们要使用一个对象的clone方法，必须Cloneable接口，这个接口没有任何实现，跟 Serializable一样是一种标志性接口。

如果不实现Cloneable接口，会抛出CloneNotSupportedException异常。

重写clone方法，使用public修饰（否则外部调用不到），调用父类的clone方法，如下

public class CloneModel implements Cloneable {

    private String name;

    private int age;

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

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

3、Object.clone() 与 构造方法

我们看一个例子 CloneModel 类

public class CloneModel implements Cloneable {

    private String name;

    private int age;

    public CloneModel(){
        System.out.println("will new a instance");
    }

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

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

当我们调用此对象的clone方法时，构造方法并没有被调用，所以我说创建一个对象new和clone是两条路。

public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
    CloneModel cloneModel = new CloneModel();
    System.out.println(cloneModel.clone());
}

输出

CloneModel{name='null', age=0}

二、重写clone方法原则

• x.clone != x将会是true；
• x.clone().getClass()==x.getClass()将会是true（不是绝对的，但建议这么做）
• x.clone().equals(x)将会是true（不是绝对的，但建议这么做）

三、浅克隆和深克隆

1、默认clone方法时浅克隆

Object默认的clone方法实际是对域的简单拷贝，对于简单数据类型，是值的拷贝；

对于复杂类型的字段，则是指针地址的拷贝，clone后的对象和原对象指向的还是一个地址空间

所以说默认的clone方法时浅克隆。例子

class Model2{
    int height;
}

public class CloneModel implements Cloneable{

    private String name;

    private int age;

    private Model2 model2;

    public CloneModel() {
        this.model2 = new Model2();
    }

    public Model2 getModel2() {
        return model2;
    }

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

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

clone之后比较复杂对象是否相等

public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
    CloneModel cloneModel1 = new CloneModel();
    CloneModel cloneModel2 = (CloneModel)cloneModel1.clone();
    System.out.println(cloneModel1.getModel2()==cloneModel2.getModel2());
}

输出

true

2、如何实现深克隆

还是上面的例子，我们改下代码

class Model2 implements Cloneable{
    int height;

    @Override
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("clone Model2");
        return super.clone();
    }
}

public class CloneModel implements Cloneable{

    private String name;

    private int age;

    private Model2 model2;

    public CloneModel() {
        this.model2 = new Model2();
    }

    public Model2 getModel2() {
        return model2;
    }

    public void setModel2(Model2 model2) {
        this.model2 = model2;
    }

    @Override
    public CloneModel clone() throws CloneNotSupportedException {
        CloneModel cloneModelTemp = (CloneModel)super.clone();
        cloneModelTemp.setModel2((Model2)cloneModelTemp.getModel2().clone());
        return cloneModelTemp;
    }

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

再次测试下

public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
    CloneModel cloneModel1 = new CloneModel();
    CloneModel cloneModel2 = cloneModel1.clone();
    System.out.println(cloneModel1.getModel2()==cloneModel2.getModel2());
}

输出

false

这么做就要在super.clone的基础上 继续对非基本类型的对象递归的再次clone。显然这么方式是繁琐的且不可靠的。有没有其他的方式呢？序列化

3、序列化实现深度克隆

（1）使用java自身的序列化转为二进制数 ，再反序列化为对象

上面的例子改造下

import java.io.Serializable;

class Model2 implements Serializable {
    int height;
}

public class CloneModel implements Serializable {

    private String name;

    private int age;

    private Model2 model2;

    public CloneModel() {
        this.model2 = new Model2();
    }

    public Model2 getModel2() {
        return model2;
    }

}

测试代码

import com.yangfei.test.CloneModel;
import java.io.*;

public class YfTest {

    public static <T extends Serializable> T deepCloneObject(T object) throws IOException {
        T deepClone = null;
        ObjectInputStream ois = null;
        try(ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(baos);
        )
        {
            oos.writeObject(object);
            ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(baos
                    .toByteArray());
            ois = new ObjectInputStream(bais);
            deepClone = (T)ois.readObject();
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(ois != null){
                ois.close();
            }
        }
        return deepClone;
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        CloneModel cloneModel1 = new CloneModel();
        CloneModel cloneModel2 = deepCloneObject(cloneModel1);
        System.out.println(cloneModel1.getModel2()==cloneModel2.getModel2());
    }
}

输出

false

（2）其他序列化方式，如对象序列化json字符串再反序列化为对象

 我们使用google的gson来进行序列化，上代码

import com.google.gson.Gson;
import java.io.Serializable;

class Model2 implements Serializable {
    int height;
}

public class CloneModel implements Serializable {

    private String name;

    private int age;

    private Model2 model2;

    public CloneModel() {
        this.model2 = new Model2();
    }

    public Model2 getModel2() {
        return model2;
    }

    public CloneModel deepClone() {
        Gson gson = new Gson();
        return gson.fromJson(gson.toJson(this), CloneModel.class);
    }
}

测试代码

public static void main(String[] args) throws IOException {
    CloneModel cloneModel1 = new CloneModel();
    CloneModel cloneModel2 = cloneModel1.deepClone();
    System.out.println(cloneModel1.getModel2()==cloneModel2.getModel2());
}

 输出

false

（3）性能对比测试

上代码

public static void main(String[] args) throws IOException {
    CloneModel cloneModel1 = new CloneModel();
    long time1 = System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i<1000;i++){
		// CloneModel cloneModel2 = cloneModel1.deepClone();
        CloneModel cloneModel2 = deepCloneObject(cloneModel1);
    }
    long time2 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println((time2-time1)+"ms");
}

对比（1000次）	Serializable	GSON
易用性	对象要实现Serializable，依赖的子元素依然要实现此接口，不易扩展	无要求，额外的工具控制，易用使用
性能对比	1000次clone耗时118ms,稍好	1000次clone耗时167ms