Java：浅克隆(shallow clone)与深克隆(deep clone)

Summary

浅克隆与深克隆对于JavaSE来说，是个难度系数比较低的概念，但不应该轻视它。

假设一个场景：对于某个list，代码里并没有任何对其的直接操作，但里面的元素的属性却被改变了，这可能就涉及到这个概念。

Description

浅克隆指仅copy对象位于栈内存中的引用(reference)。copy后，新旧两个引用指向同一个堆内存对象(即同一内存区域)，但是堆内存中实际的对象copy前后均只有一个。使用"==" operator比较二者的地址会返回true。(不同引用，同一对象)

深克隆指则会copy一个新的对象并返回相应引用，即开辟了新的堆内存空间，因此使用“==” operator来比较两者的地址时会返回false。(不同引用，不同对象)

浅克隆(shallow clone)

1. clone对象是实例对象时，使用“=”操作符进行浅克隆。
2. clone对象是对象数组的元素时，使用 System.arraycoppy() 进行浅克隆。(你非得要用"=" foreach地clone也没人拦着)

jdk中显式定义的clone操作基本上都使用：

System.arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length)

例如ArrayList中的clone()、Arrays.copyOf()等对具体数组的clone其实底层都是调用该方法。

package com.scv.test.clone;

public class ShallowCloneTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Zerg z0 = new Zerg();
        Zerg z1 = z0;
        System.out.println("0. " + (z0 == z1));//"="操作符用于对象的浅克隆
        
        Zerg[] array0 = new Zerg[]{new Zerg(), new Zerg()};
        Zerg[] array1 = new Zerg[array0.length];
        System.arraycopy(array0, 0, array1, 0, array0.length);//System.arraycopy()用于数组的浅克隆
        System.out.println("1. " + (array0 == array1));
        for(int i = 0; i < array0.length; i++){
            System.out.println("Comparing element of array:" + (array0[i] == array1[i]));
        }
    }
    
}

class Zerg{
    
}

/* Output:
0. true
1. false
Comparing element of array:true
Comparing element of array:true
*/

 

深克隆(deep clone)

jdk中并没有显式定义深克隆，或者说并没有直接提供工具类来进行。要让你的自定义类支持深克隆，必须具备两个条件：

1. implements Cloneable interface.
2. override clone() defined in java.lang.Object.

如果不实现Cloneable而直接override Object的clone()，则会抛出CloneNotSupportedException。

package com.scv.test.clone;

public class DeepCloneTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CloneableZerg z0 = new CloneableZerg();
        CloneableZerg z1 = z0.clone();
        
        System.out.println("0. " + (z0 == z1));
    }
    
}

class CloneableZerg implements Cloneable{
    
    @Override
    public CloneableZerg clone() throws CloneNotSupportedException{
        return (CloneableZerg)super.clone();
    }
}

/* Output:
0. false
*/

实际上，你可以自定义哪些成员变量(field)允许clone，哪些不允许(有点transient的感觉？)。  

jdk中的实现：ArrayList中的浅克隆与深克隆

package com.scv.test.clone;

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListCloneTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CloneTarget t = new CloneTarget();
        
        ArrayList<CloneTarget> list0 = new ArrayList<CloneTarget>(1);
        list0.add(t);
        ArrayList<CloneTarget> list1 = (ArrayList<CloneTarget>) list0.clone();
        list0.get(0).setFieldA(20);
        
        System.out.println("0. " + (list0 == list1));
        System.out.println("1. " + (list0.get(0) == list1.get(0)));
        System.out.println("2. " + list1.get(0).getFieldA());
    }
    
}

class CloneTarget implements Cloneable{
    
    private int fieldA = 10;
    
    @Override
    public CloneTarget clone() throws CloneNotSupportedException{
        return (CloneTarget)super.clone();
    }
    
    public void setFieldA(int a){
        fieldA = a;
    }
    
    public int getFieldA(){
        return fieldA;
    }
}

/*
 * Output:
 * 0. false 
 * 1. true
 * 2. 20
*/

操作说明：

1. 创建一个ArrayList对象list0
2. list0中加入一个对象t
3. 克隆list0对象为list1
4. 再修改list0中元素(即t)的属性

结果说明：

1. ArrayList实现了Cloneable接口，arraylist.clone()为深克隆，故list0与list1分别指向不同内存区域。
2. ArrayList对象的clone()对于内部数组的元素仅为浅克隆，故list0中的元素(t)与list1中的元素为同一个，对list0元素的修改将影响到list1的元素。