Java中對象的創建
clone顧名思義就是複製, 在Java語言中, clone方法被對象調用,所以會複製對象。所謂的複製對象,首先要分配一個和源對象同樣大小的空間,在這個空間中創建一個新的對象。那麼在java語言中,有幾種方式可以創建對象呢?
1 使用new操作符創建一個對象
2 使用clone方法複製一個對象
那麼這兩種方式有什麼相同和不同呢? new操作符的本意是分配內存。程序執行到new操作符時, 首先去看new操作符後面的類型,因爲知道了類型,才能知道要分配多大的內存空間。分配完內存之後,再調用構造函數,填充對象的各個域,這一步叫做對象的初始化,構造方法返回後,一個對象創建完畢,可以把他的引用(地址)發佈到外部,在外部就可以使用這個引用操縱這個對象。而clone在第一步是和new相似的, 都是分配內存,調用clone方法時,分配的內存和源對象(即調用clone方法的對象)相同,然後再使用原對象中對應的各個域,填充新對象的域, 填充完成之後,clone方法返回,一個新的相同的對象被創建,同樣可以把這個新對象的引用發佈到外部。
複製對象 or 複製引用
在Java中,以下類似的代碼非常常見:
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當Person p1 = p;執行之後, 是創建了一個新的對象嗎? 首先看打印結果:
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac
可已看出,打印的地址值是相同的,既然地址都是相同的,那麼肯定是同一個對象。p和p1只是引用而已,他們都指向了一個相同的對象Person(23, “zhang”) 。 可以把這種現象叫做引用的複製。 (關於引用和對象的區分,可以參考我之前的文章Java中的String爲什麼是不可變的? — String源碼分析 , 其中有一節講到了引用和對象的區分)。上面代碼執行完成之後, 內存中的情景如下圖所示:
而下面的代碼是真真正正的克隆了一個對象。
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從打印結果可以看出,兩個對象的地址是不同的,也就是說創建了新的對象, 而不是把原對象的地址賦給了一個新的引用變量:
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@2f9ee1ac
com.pansoft.zhangjg.testclone.Person@67f1fba0
以上代碼執行完成後, 內存中的情景如下圖所示:
深拷貝 or 淺拷貝
上面的示例代碼中,Person中有兩個成員變量,分別是name和age, name是String類型, age是int類型。代碼非常簡單,如下所示:
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由於age是基本數據類型, 那麼對它的拷貝沒有什麼疑議,直接將一個4字節的整數值拷貝過來就行。但是name是String類型的, 它只是一個引用, 指向一個真正的String對象,那麼對它的拷貝有兩種方式: 直接將源對象中的name的引用值拷貝給新對象的name字段, 或者是根據原Person對象中的name指向的字符串對象創建一個新的相同的字符串對象,將這個新字符串對象的引用賦給新拷貝的Person對象的name字段。這兩種拷貝方式分別叫做淺拷貝和深拷貝。深拷貝和淺拷貝的原理如下圖所示:
下面通過代碼進行驗證。如果兩個Person對象的name的地址值相同, 說明兩個對象的name都指向同一個String對象, 也就是淺拷貝, 而如果兩個對象的name的地址值不同, 那麼就說明指向不同的String對象, 也就是在拷貝Person對象的時候, 同時拷貝了name引用的String對象, 也就是深拷貝。驗證代碼如下:
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打印結果爲:
clone是淺拷貝的
所以,clone方法執行的是淺拷貝, 在編寫程序時要注意這個細節。
覆蓋Object中的clone方法, 實現深拷貝
現在爲了要在clone對象時進行深拷貝, 那麼就要Clonable接口,覆蓋並實現clone方法,除了調用父類中的clone方法得到新的對象, 還要將該類中的引用變量也clone出來。如果只是用Object中默認的clone方法,是淺拷貝的,再次以下面的代碼驗證:
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在以上代碼中, 有兩個主要的類, 分別爲Body和Face, 在Body類中, 組合了一個Face對象。當對Body對象進行clone時, 它組合的Face對象只進行淺拷貝。打印結果可以驗證該結論:
body == body1 : false
body.head == body1.head : true
如果要使Body對象在clone時進行深拷貝, 那麼就要在Body的clone方法中,將源對象引用的Head對象也clone一份。
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打印結果爲:
body == body1 : false
body.head == body1.head : false
由此可見, body和body1內的head引用指向了不同的Head對象, 也就是說在clone Body對象的同時, 也拷貝了它所引用的Head對象, 進行了深拷貝。
真的是深拷貝嗎
由上一節的內容可以得出如下結論:如果想要深拷貝一個對象, 這個對象必須要實現Cloneable接口,實現clone方法,並且在clone方法內部,把該對象引用的其他對象也要clone一份 , 這就要求這個被引用的對象必須也要實現Cloneable接口並且實現clone方法。
那麼,按照上面的結論, Body類組合了Head類, 而Head類組合了Face類,要想深拷貝Body類,必須在Body類的clone方法中將Head類也要拷貝一份,但是在拷貝Head類時,默認執行的是淺拷貝,也就是說Head中組合的Face對象並不會被拷貝。驗證代碼如下:(這裏本來只給出Face類的代碼就可以了, 但是爲了閱讀起來具有連貫性,避免丟失上下文信息, 還是給出整個程序,整個程序也非常簡短)
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打印結果爲:
body == body1 : false
body.head == body1.head : false
body.head.face == body1.head.face : true
內存結構圖如下圖所示:
那麼,對Body對象來說,算是這算是深拷貝嗎?其實應該算是深拷貝,因爲對Body對象內所引用的其他對象(目前只有Head)都進行了拷貝,也就是說兩個獨立的Body對象內的head引用已經指向了獨立的兩個Head對象。但是,這對於兩個Head對象來說,他們指向了同一個Face對象,這就說明,兩個Body對象還是有一定的聯繫,並沒有完全的獨立。這應該說是一種不徹底的深拷貝。
如何進行徹底的深拷貝
對於上面的例子來說,怎樣才能保證兩個Body對象完全獨立呢?只要在拷貝Head對象的時候,也將Face對象拷貝一份就可以了。這需要讓Face類也實現Cloneable接口,實現clone方法,並且在在Head對象的clone方法中,拷貝它所引用的Face對象。修改的部分代碼如下:
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再次運行上面的示例,得到的運行結果如下:
body == body1 : false
body.head == body1.head : false
body.head.face == body1.head.face : false
這說名兩個Body已經完全獨立了,他們間接引用的face對象已經被拷貝,也就是引用了獨立的Face對象。內存結構圖如下:
依此類推,如果Face對象還引用了其他的對象, 比如說Mouth,如果不經過處理,Body對象拷貝之後還是會通過一級一級的引用,引用到同一個Mouth對象。同理, 如果要讓Body在引用鏈上完全獨立, 只能顯式的讓Mouth對象也被拷貝。
到此,可以得到如下結論:如果在拷貝一個對象時,要想讓這個拷貝的對象和源對象完全彼此獨立,那麼在引用鏈上的每一級對象都要被顯式的拷貝。所以創建徹底的深拷貝是非常麻煩的,尤其是在引用關係非常複雜的情況下, 或者在引用鏈的某一級上引用了一個第三方的對象, 而這個對象沒有實現clone方法, 那麼在它之後的所有引用的對象都是被共享的。 舉例來說,如果被Head引用的Face類是第三方庫中的類,並且沒有實現Cloneable接口,那麼在Face之後的所有對象都會被拷貝前後的兩個Body對象共同引用。假設Face對象內部組合了Mouth對象,並且Mouth對象內部組合了Tooth對象, 內存結構如下圖:
寫在最後
clone在平時項目的開發中可能用的不是很頻繁,但是區分深拷貝和淺拷貝會讓我們對java內存結構和運行方式有更深的瞭解。至於徹底深拷貝,幾乎是不可能實現的,原因已經在上一節中進行了說明。深拷貝和徹底深拷貝,在創建不可變對象時,可能對程序有着微妙的影響,可能會決定我們創建的不可變對象是不是真的不可變。clone的一個重要的應用也是用於不可變對象的創建。關於創建不可變對象,我會在後續的文章中進行闡述,敬請期待。