【基础面试题】深入理解深拷贝和浅拷贝

【基础面试题】深入理解深拷贝和浅拷贝

文章目录

• 数据类型
• 赋值语句
• 深拷贝和浅拷贝
• • 概念理解
  • 不可变对象
  • Cloneable接口
  • • 只含有基础类型和不可变类型时
    • 含有引用类型时
    • 解决引用类型的问题
    • 问题延伸
    • 最终的解决方式
    • • 字节流
      • 重新实现
  • 总结

数据类型

在Java中，数据类型可以分为：基础类型和引用类型，其中当基础类型为全局变量时存储在栈中，为局部变量时存储在堆内存中，无论是在栈中还是在堆中存储的都是具体的值，与之不同的引用类型，则记录的是地址，然后通过引用的方式指向具体的内存区域。

比如在m这个方法中，用到的基础类型a与引用类型User在内存中的存储就如下图所示

public void m(){
	int a = 128;
	User user = new User();
}

赋值语句

在应用程序中对象拷贝一般都可以通过赋值语句来实现，比如像下面这样

int a = 128;
int b = a;

可以认为，b拷贝了a

对于基础类型来说，这样是没有问题的，但对于引用类型就有问题了，比如像下面这样

User user1 = new User();
User user2 = user1;

无论是user1还是user2，只要有一个属性发生了变化，两个对象就都会改变，这通常不是我们希望看到的结果。

基础类型的赋值，实际上在栈中是两个对象

而引用类型的赋值，实际上只是在引用上做了处理，实际在堆中的对象还是只有一个

深拷贝和浅拷贝 概念理解

• 浅拷贝：如果是基础类型，则直接拷贝数值，然后赋值给新的对象，如果是引用类型，则只复制引用，并不复制数据本身。
• 深拷贝：如果是基础类型，和浅拷贝一样，如果是用引用类型，则不是只复制引用，还会复制数据本身。

深拷贝

不可变对象

有一类对象比较特殊，它们虽然是引用类型对象，但依然可以保证浅拷贝后，得到就是你想要的对象，那就是不可变对象。

比如像下面这样，str1和str2两个对象是不会互相影响的。

String str1 = "a";
String str2 = str1;

或者是这样的类

final class User {
    final String name;
    final String age;
    public User(String name, String age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

对于不可变的类，就算直接赋值了又能怎么样，反正你也无法再修改它了，所以它是安全的。

User u1 = new User("小明", "18");
User u2 = u1;

Cloneable接口

实际上JDK也为我们提供了对象clone的方法，就是实现Cloneable接口，只要实现了这个接口的类就表明该对象具有允许clone的能力，Cloneable接口本身不包含任何方法，它只是决定了Object中受保护的clone方法实现的行为：

如果一个类实现了Cloneable接口，Object的clone方法就返回该对象的拷贝，否则就抛出java.lang.CloneNotSupportedException异常。

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
class User implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;

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

如果你认为一个类实现了Cloneable接口，并且调用super.clone()方法就能够得到你想要的对象，那你就错了，因为super.clone()方法就和浅拷贝一样，如果克隆的对象中包含可变的引用类型，实际上是存在问题的。

只含有基础类型和不可变类型时

public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
	User u1 = new User("小明", 18);
	User u2 = (User) u1.clone();
	
	u2.setName("小王");
	u2.setAge(20);
	
	u1.setName("小红");
	u1.setAge(19);
	
	log.info("u1:{}", u1);
	log.info("u2:{}", u2);
}

因为User对象只有基础类型int和不可变类型String，所以直接调用spuer.clone()方法没有问题

u1:User(name=小红, age=19)
u2:User(name=小王, age=20)

含有引用类型时

现在我们为User对象新增一个Role的属性

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
class User implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;
    private Role[] roles;

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

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
class Role{
    private String roleName;
}

public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
    User u1 = new User();
    u1.setName("小明");
    u1.setAge(18);
    
    Role[] roles = new Role[2];
    roles[0] = new Role("A系统管理员");
    roles[1] = new Role("B系统普通员工");
    u1.setRoles(roles);
    log.info("u1:{}", u1);
    
    User u2 = (User) u1.clone();
    u2.setName("小王");
    u2.setAge(20);
    
    Role[] roles2 = u2.getRoles();
    roles2[0] = new Role("A系统普通员工");
    roles2[1] = new Role("B系统管理员");
    u2.setRoles(roles2);
    
    log.info("u1:{}", u1);
}

问题出现了，我只修改了克隆出来的u2对象，但是u1对象也没改变了。

u1:User(name=小明, age=18, roles=[Role(roleName=A系统管理员), Role(roleName=B系统普通员工)])
u1:User(name=小明, age=18, roles=[Role(roleName=A系统普通员工), Role(roleName=B系统管理员)])

解决引用类型的问题

典型的浅拷贝的问题，那么要解决这个问题也很简单，改成下面这样即可

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
class User implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;
    private Role[] roles;

    
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        User user = (User) super.clone();
        user.roles = roles.clone();
        return user;
    }
}

此时再执行，结果就正确了。

u1:User(name=小明, age=18, roles=[Role(roleName=A系统管理员), Role(roleName=B系统普通员工)])
u1:User(name=小明, age=18, roles=[Role(roleName=A系统管理员), Role(roleName=B系统普通员工)])

问题延伸

实际上在有些的情况下，上面的处理方式还是存在问题，比如像下面这样

现在对象是HashMap了

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
class User implements Cloneable {
    private HashMap roleMap;
    
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        User user = (User) super.clone();
        user.roleMap = (HashMap) roleMap.clone();
        return user;
    }
}

public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
    User u1 = new User();
    
    HashMap roleMap1 = new HashMap<>();
    roleMap1.put("A", new Role("系统管理员"));
    u1.setRoleMap(roleMap1);
    log.info("u1:{}", u1);
    
    User u2 = (User) u1.clone();
	HashMap roleMap2 = u2.getRoleMap();
	Role role = roleMap2.get("A");
	role.setRoleName("普通员工");
	roleMap2.put("A", role);
	u2.setRoleMap(roleMap2);
    
    log.info("u1:{}", u1);
}

u1:User(roleMap={A=Role(roleName=系统管理员)})
u1:User(roleMap={A=Role(roleName=普通员工)})

为什么不行呢？因为HashMap提供的克隆方法本身就是浅拷贝。。。

 
 @SuppressWarnings("unchecked")
 @Override
 public Object clone() {
     HashMap result;
     try {
         result = (HashMap)super.clone();
     } catch (CloneNotSupportedException e) {
         // this shouldn't happen, since we are Cloneable
         throw new InternalError(e);
     }
     result.reinitialize();
     result.putMapEntries(this, false);
     return result;
 }

最终的解决方式 字节流

你在百度上很容易查询到解决方式，最常见的就是字节流。

比如像下面这样。

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
class User implements Serializable {
    private HashMap roleMap;

    public static  T clone(T obj) {
        T cloneObj = null;
        try {
            ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream outputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);
            outputStream.writeObject(obj);
            outputStream.close();

            ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray());
            ObjectInputStream inputStream = new ObjectInputStream(byteArrayInputStream);
            cloneObj = (T) inputStream.readObject();
            inputStream.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return cloneObj;
    }
}

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
class Role implements Serializable {
    private String roleName;
}

此时再调用就没有问题了。

public static void main(String[] args) {
    User u1 = new User();
    HashMap roleMap1 = new HashMap<>();
    roleMap1.put("A", new Role("系统管理员"));
    u1.setRoleMap(roleMap1);
    log.info("u1:{}", u1);
    
    User u2 = User.clone(u1);
    HashMap roleMap2 = u2.getRoleMap();
    Role role = roleMap2.get("A");
    role.setRoleName("普通员工");
    roleMap2.put("A", role);
    u2.setRoleMap(roleMap2);
    
    log.info("u1:{}", u1);
}

u1:User(roleMap={A=Role(roleName=系统管理员)})
u1:User(roleMap={A=Role(roleName=系统管理员)})

重新实现

实际上你可以自己实现一套clone方法，给它定义为拷贝工厂，或者使用一些已经实现好的第三方工具类。

比如org.springframework.beans包下提供的BeanUtils类

public static void main(String[] args) {
    User u1 = new User();
    HashMap roleMap1 = new HashMap<>();
    roleMap1.put("A", new Role("系统管理员"));
    u1.setRoleMap(roleMap1);
    log.info("u1:{}", u1);
    
    User u2 = new User();
    // 使用copyProperties方法
    BeanUtils.copyProperties(u1,u2);
    HashMap roleMap2 = u2.getRoleMap();
    Role role = roleMap2.get("A");
    role.setRoleName("普通员工");
    roleMap2.put("A", role);
    u2.setRoleMap(roleMap2);
    
    log.info("u1:{}", u1);
}

Hutool工具包

// 命名几乎和spring的一样
BeanUtil.copyProperties(u1, u2);

总结

实际上你应该已经发现了，虽然Object类为我们提供了clone方法，但有时候并不能很好的使用它，可能需要多层级的逐个克隆，甚至如果添加了某个引用对象时，忘了修改clone方法还会带来一些奇怪的问题，也许我们应该永远不去使用它，而是通过其他的方式来替代。

截自阿里Java开发手册