深入理解java中的clone

預備知識  爲什麼要clone  Object的clone以及爲什麼如此實現  如何clone  對clone的態度  其他的選擇  和Serializable的比較  性能  預備知識  爲了理解java的clone，有必要先溫習以下的知識。  java的類型，java的類型分爲兩大類，一類爲primitive，如int，另一類爲引用類型,如String,Object等等。  java引用類型的存儲，java的引用類型都是存儲在堆上的。

public class B {
	int a;
	String b;
	public B(int a, String b) {
		super();
		this.a = a;
		this.b = b;
	}
}

對這樣一個引用類型的實例，我們可以推測，在堆上它的內存存儲形式（除去指向class的引用，鎖的管理等等內務事務所佔內存），應該有一個int值表示a,以及一個引用，該引用指向b在堆上的存儲空間。 
 

爲什麼要clone 

恩，因爲需要。廢話。 
有名的GoF設計模式裏有一個模式爲原型模式，用原型實例指定創建對象的種類,並且通過拷貝這些原型創建新的對象. 
簡單的說就是clone一個對象實例。使得clone出來的copy和原有的對象一模一樣。 

插一個簡單使用clone的例子，如果一個對象內部有可變對象實例的話，public API不應該直接返回該對象的引用，以防調用方的code改變該對象的內部狀態。這個時候可以返回該對象的clone。 

問題來了，什麼叫一模一樣。 
一般來說，有 
x.clone() != x 
x.clone().getClass() == x.getClass() 
x.clone().equals(x) 
但是這些都不是強制的。 
我們需要什麼樣的clone就搞出什麼樣的clone好了。 
一般而言，我們要的clone應該是這樣的。copy和原型的內容一樣，但是又是彼此隔離的。即在clone之後，改變其中一個不影響另外一個。 


Object的clone以及爲什麼如此實現 

Object的clone的行爲是最簡單的。以堆上的內存存儲解釋的話（不計內務內存），對一個對象a的clone就是在堆上分配一個和a在堆上所佔存儲空間一樣大的一塊地方，然後把a的堆上內存的內容複製到這個新分配的內存空間上。 
看例子。 

class User {
	String name;
	int age;
}
class Account implements Cloneable {
	User user;
	long balance;
	@Override
	public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
		return super.clone();
	}
}

		// user.
		User user = new User();
		user.name = "user";
		user.age = 20;
		// account.
		Account account = new Account();
		account.user = user;
		account.balance = 10000;
		// copy.
		Account copy = (Account) account.clone();
		// balance因爲是primitive，所以copy和原型是相等且獨立的。
		Assert.assertEquals(copy.balance, account.balance);
		copy.balance = 20000;
		// 改變copy不影響原型。
		Assert.assertTrue(copy.balance != account.balance);
		// user因爲是引用類型，所以copy和原型的引用是同一的。
		Assert.assertTrue(copy.user == account.user);
		copy.user.name = "newName";
		// 改變的是同一個東西。
		Assert.assertEquals("newName", account.user.name);

 

恩，默認實現是幫了我們一些忙，但是不是全部。 
primitive的確做到了相等且隔離。 
引用類型僅僅是複製了一下引用，copy和原型引用的東西是一樣的。 
這個就是所謂的淺copy了。 
要實現深copy，即複製原型中對象的內存copy，而不僅僅是一個引用。只有自己動手了。 
等等，是不是所有的引用類型都需要深copy呢？ 
不是！ 
我們之所以要深copy，是因爲默認的實現提供的淺copy不是隔離的，換言之，改變copy的東西，會影響到原型的內部。比如例子中，改變copy的user的name，影響了原型。 
如果我們要copy的類是不可變的呢，如String，沒有方法可以改變它的內部狀態呢。 

class User implements Cloneable {
	String name;
	int age;
	@Override
	public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
		return super.clone();
	}
}

		// user.
		User user = new User();
		user.name = "user";
		user.age = 20;
		// copy
		User copy = (User) user.clone();
		// age因爲是primitive，所以copy和原型是相等且獨立的。
		Assert.assertEquals(copy.age, user.age);
		copy.age = 30;
		// 改變copy不影響原型。
		Assert.assertTrue(copy.age != user.age);
		// name因爲是引用類型，所以copy和原型的引用是同一的。
		Assert.assertTrue(copy.name == user.name);
		// String爲不可變類。沒有辦法可以通過對copy.name的字符串的操作改變這個字符串。
		// 改變引用新的對象不會影響原型。
		copy.name = "newname";
		Assert.assertEquals("newname", copy.name);
		Assert.assertEquals("user", user.name);

可見，在考慮clone時，primitive和不可變對象類型是可以同等對待的。 

java爲什麼如此實現clone呢？ 
也許有以下考慮。 
1 效率和簡單性，簡單的copy一個對象在堆上的的內存比遍歷一個對象網然後內存深copy明顯效率高並且簡單。 
2 不給別的類強加意義。如果A實現了Cloneable，同時有一個引用指向B，如果直接複製內存進行深copy的話，意味着B在意義上也是支持Clone的，但是這個是在使用B的A中做的，B甚至都不知道。破壞了B原有的接口。 
3 有可能破壞語義。如果A實現了Cloneable，同時有一個引用指向B，該B實現爲單例模式，如果直接複製內存進行深copy的話，破壞了B的單例模式。 
4 方便且更靈活，如果A引用一個不可變對象，則內存deep copy是一種浪費。Shadow copy給了程序員更好的靈活性。 

如何clone 
clone三部曲。 
1 聲明實現Cloneable接口。 
2 調用super.clone拿到一個對象，如果父類的clone實現沒有問題的話，在該對象的內存存儲中，所有父類定義的field都已經clone好了，該類中的primitive和不可變類型引用也克隆好了，可變類型引用都是淺copy。 
3 把淺copy的引用指向原型對象新的克隆體。 
給個例子。 

class User implements Cloneable {
	String name;
	int age;
	@Override
	public User clone() throws CloneNotSupportedException {
		return (User) super.clone();
	}
}
class Account implements Cloneable {
	User user;
	long balance;
	@Override
	public Account clone() throws CloneNotSupportedException {
		Account account = null;
		account = (Account) super.clone();
		if (user != null) {
			account.user = user.clone();
		}
		return account;
	}
}

 

對clone的態度 

clone嘛，我覺得是個好東西，畢竟系統默認實現已經幫我們做了很多事情了。 
但是它也是有缺點的。 
1 手工維護clone的調用鏈。這個問題不大，程序員有責任做好。 
2 如果class的field是個final的可變類，就不行了。三部曲的第三步沒有辦法做了。 

考慮一個類對clone的態度，有如下幾種。 
1 公開支持：好吧，按照clone三部曲實現吧。前提是父類支持（公開或者默默）。 
2 默默支持：不實現Cloneable接口，但是在類裏面有正確的protected的clone實現，這樣，該類不支持clone，但是它的子類如果想支持的話也不妨礙。 
3 不支持：好吧，爲了明確該目的，提供一個拋CloneNotSupportedException 異常的protected的clone實現。 
4 看情況支持：該類內部可以保存其他類的實例，如果其他類支持則該類支持，如果其他類不支持，該類沒有辦法，只有不支持。 


其他的選擇 

可以用原型構造函數，或者靜態copy方法來手工製作一個對象的copy。 
好處是即使class的field爲final，也不會影響該方法的使用。不好的地方是所有的primitive賦值都得自己維護。 


和Serializable的比較 

使用Serializable同樣可以做到對象的clone。但是： 
Cloneable本身就是爲clone設計的，雖然有一些缺點，但是如果它可以clone的話無疑用它來做clone比較合適。如果不行的話用原型構造函數，或者靜態copy方法也可以。 

Serializable製作clone的話，添加了太多其它的東西，增加了複雜性。 
1 所有的相關的類都得支持Serializable。這個相比支持Cloneable只會工作量更大 
2 Serializable添加了更多的意義，除了提供一個方法用Serializable製作Clone，該類等於也添加了其它的public API，如果一個類實現了Serializable，等於它的2進制形式就已經是其API的一部分了，不便於該類以後內部的改動。 
3 當類用Serializable來實現clone時，用戶如果保存了一個老版本的對象2進制，該類升級，用戶用新版本的類反系列化該對象，再調用該對象用Serializable實現的clone。這裏爲了一個clone的方法又引入了類版本兼容性的問題。不划算。 


性能 

不可否認，JVM越來越快了。 
但是系統默認的native實現還是挺快的。 

clone一個有100個元素的int數組，用系統默認的clone比靜態copy方法快2倍左右。 

原文來自於http://www.java3z.com/cwbwebhome/article/article8/81145.html?id=2600