Java 的深拷贝和浅拷贝
基本知识
Java在运行时的内存使用分两块:栈内存与堆内存。
只就变量而言,栈内存上分配一些基本类型的变量(如int
、boolean
)与对象的引用,而堆内存分配给真正的对象本身以及数组等,堆内存上的数据由栈内存上的相应变量引用,相当于栈中存储着堆内存中实际对象或数组的标记或别名(实际上是堆内存变量首地址)。
什么是拷贝
将对象复制出一份的行为称为对象的拷贝。
一般来说,拷贝出的对象需要满足以下三点:
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x.clone() != x
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x.clone().getClass() == x.getClass()
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x.clone().equals(x)
首先定义三个类。
PersonalInfo.java
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Manager.java
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Department.java
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当需要被克隆的对象的类没有实现Cloneable
接口而被调用clone
方法时,就会抛出CloneNotSupportedException
。
再在Main类中编写测试用的断言,本文将面向测试一步一步地实现最终的彻底深拷贝。
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为了使断言机制工作,我们在运行/调试配置中传入VM参数-enableassertions
。
主要有两种约定俗成的形式来实现拷贝,本文选择clone()
。
clone
方法
Object.class
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protected
表示该方法只能在本身、本包以及子类中使用。
new
关键字
这种方式与重写clone()
大同小异,唯一不同的是new
关键字直接开辟了新对象,继而只需要完成相应字段的拷贝工作。
传引用
在学习编写Java代码的过程中,最常见的问题就是String
的“相等”,以此为思路,首先尝试:
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断言失败在assert
dep0 != dep1;
,说明dep0
和dep1
根本就是引用了堆上的同一个对象,拷贝也就更无从谈起了。
同一引用
浅拷贝
在没有显式重写Department
类的clone
方法时,尝试:
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断言失败在assert
dep0.getManager() != dep1.getManager();
,说明dep0
和dep1
已经不是同一个对象引用,至此实现了浅拷贝的要求。
但是同时发现,dep0/dep1中持有了同一个对象manager
的引用,因此很遗憾,无法通过深拷贝的断言。
浅拷贝
深拷贝
这里提一下String
类在拷贝中的特殊性,String
属于非基本类型,且其一旦声明就不再可变。在传递引用给另一个String
对象后,改变该对象的值就相当于将引用指向另一个不可变的String
对象,同时原对象的引用与值保持不变。因此在实际拷贝操作中不需要考虑String
,在比对值时只需要注意使用equals()
即可。
实现深拷贝我们需要修改Department
类的clone
方法:
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断言失败在assert
dep0.getManager().getPersonalInfo() != dep1.getManager().getPersonalInfo();
,说明我们已经实现了针对Department
的深拷贝。
但是断言的失败说明了我们的深拷贝并非彻底,彻底的深拷贝应该递归地克隆对象中的所有引用。
非彻底的深拷贝
彻底的深拷贝
同理,修改Manager
类的clone
方法:
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再次运行,通过了所有断言,至此实现了递归式的彻底深拷贝。
彻底的深拷贝