Java中如何克隆集合——ArrayList和HashSet深拷贝

　　编程人员经常误用各个集合类提供的拷贝构造函数作为克隆List，Set，ArrayList，HashSet或者其他集合实现的方法。需要记住的是，Java集合的拷贝构造函数只提供浅拷贝而不是深拷贝，这意味着存储在原始List和克隆List中的对象是相同的，指向Java堆内存中相同的位置。增加了这个误解的原因之一是对于不可变对象集合的浅克隆。由于不可变性，即使两个集合指向相同的对象是可以的。字符串池包含的字符串就是这种情况，更改一个不会影响到另一个。使用ArrayList的拷贝构造函数创建雇员List的拷贝时就会出现问题，Employee类不是不可变的。在这种情况下，如果原始集合修改了雇员信息，这个变化也将反映到克隆集合。同样如果克隆集合雇员信息发生变化，原始集合也会被更改。绝大多数情况下，这种变化不是我们所希望的，克隆对象应该与原始对象独立。解决这个问题的方法是深克隆集合，深克隆将递归克隆对象直到基本数据类型或者不可变类。本文将了解一下深拷贝ArrayList或者HashSet等集合类的一种方法。如果你了解深拷贝与浅拷贝之间的区别，那么理解集合深克隆的方法就会很简单。

Java集合的深克隆

下面例子有一个Employee集合，Employee是可变对象，成员变量name和designation。它们存储在HashSet中。使用java.util.Collection接口的addAll()方法创建集合拷贝。然后修改存储在原始集合每个Employee对象的designation值。理想情况下这个改变不会影响克隆集合，因为克隆集合和原始集合应该相互独立，但是克隆集合也被改变了。修正这个问题的方法是对存储在Collection类中的元素深克隆。

/**
 * 
 * @ClassName: CollectionCloningTest
 * TODO
 * @author xingle
 * @date 2015-3-20 下午3:32:22
 */
public class CollectionCloningTest {
    
    public static void main(String[] args){
        ArrayList<Employee> org = new ArrayList<Employee>();
        org.add(new Employee("Joe", "Manager")); 
        org.add(new Employee("Tim", "Developer")); 
        org.add(new Employee("Frank", "Developer")); 
               
        Collection<Employee> copy = new HashSet<>(org);                
        
        System.out.println("原来的集合： "+org);
        System.out.println("复制的集合： "+copy);
        
        Iterator<Employee> orgItr = org.iterator();
        while(orgItr.hasNext()){ 
            orgItr.next().setDesignation("staff"); 
            
        }

        System.out.println("修改后原来的集合： "+org);
        System.out.println("修改后复制的集合： "+copy);
    }

}


class Employee { 
    private String name; 
    private String designation; 
     
    public Employee(String name, String designation) { 
        this.name = name; 
        this.designation = designation; 
    } 
     
    public String getDesignation() { 
        return designation; 
    } 
 
    public void setDesignation(String designation) { 
        this.designation = designation; 
    } 
 
    public String getName() { 
        return name; 
    } 
 
    public void setName(String name) { 
        this.name = name; 
    } 
 
    @Override
    public String toString() { 
        return String.format("%s: %s", name, designation ); 
    } 

}

执行结果：

可以看到改变原始Collection中Employee对象(改变designation为”staff“)在克隆集合中也有所反映，因为克隆是浅拷贝，指向堆中相同的Employee对象。为了修正这个问题，需要遍历集合，深克隆Employee对象，在这之前，要重写Employee对象的clone方法。

1)Employee实现Cloneable接口
2)为Employee类增加下面的clone()方法

3)不使用拷贝构造函数，使用下面的代码来深拷贝集合

public class CollectionCloningTest {
    
    public static void main(String[] args){
        ArrayList<Employee> org = new ArrayList<Employee>();
        org.add(new Employee("Joe", "Manager")); 
        org.add(new Employee("Tim", "Developer")); 
        org.add(new Employee("Frank", "Developer")); 
               
       //Collection<Employee> copy = new HashSet<>(org);
       Collection<Employee> copy = new HashSet<Employee>(org.size()); 
                
        
        System.out.println("原来的集合： "+org);
        System.out.println("复制的集合： "+copy);
        
        Iterator<Employee> orgItr = org.iterator();
        while(orgItr.hasNext()){ 
            //orgItr.next().setDesignation("staff"); 
            copy.add(orgItr.next().clone());   
            
        }
        

        Iterator<Employee> orgItr2 = org.iterator();
        while(orgItr2.hasNext()){ 
            orgItr2.next().setDesignation("staff"); 
        } 
        System.out.println("修改后原来的集合： "+org);
        System.out.println("修改后复制的集合： "+copy);
    }

}


class Employee implements Cloneable{ 
    private String name; 
    private String designation; 
     
    public Employee(String name, String designation) { 
        this.name = name; 
        this.designation = designation; 
    } 
     
    public String getDesignation() { 
        return designation; 
    } 
 
    public void setDesignation(String designation) { 
        this.designation = designation; 
    } 
 
    public String getName() { 
        return name; 
    } 
 
    public void setName(String name) { 
        this.name = name; 
    } 
 
    @Override
    public String toString() { 
        return String.format("%s: %s", name, designation ); 
    } 
    
    @Override
    protected Employee clone(){
        try {
            Employee result = (Employee) super.clone();
            return result;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
             throw new RuntimeException(e); // won't happen 
        }
        
    }
}

执行结果：

可以看到克隆集合和原始集合相互独立，它们指向不同的对象。

这就是Java中如何克隆集合的内容。现在我们知道拷贝构造函数或者List或Set等各种集合类的addAll()方法仅仅创建了集合的浅拷贝，而且原始集合和克隆集合指向相同的对象。为避免这个问题，应该深克隆集合，遍历集合克隆每个元素。尽管这要求集合中的对象必须支持深克隆操作。