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)

clone对象是实例对象时，使用“=”操作符进行浅克隆。
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：

1 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。

 1 package com.scv.test.clone;
 2 
 3 public class ShallowCloneTest {
 4 
 5     public static void main(String[] args) throws Exception {
 6         Zerg z0 = new Zerg();
 7         Zerg z1 = z0;
 8         System.out.println("0. " + (z0 == z1));//"="操作符用于对象的浅克隆
 9         
10         Zerg[] array0 = new Zerg[]{new Zerg(), new Zerg()};
11         Zerg[] array1 = new Zerg[array0.length];
12         System.arraycopy(array0, 0, array1, 0, array0.length);//System.arraycopy()用于数组的浅克隆
13         System.out.println("1. " + (array0 == array1));
14         for(int i = 0; i < array0.length; i++){
15             System.out.println("Comparing element of array:" + (array0[i] == array1[i]));
16         }
17     }
18     
19 }
20 
21 class Zerg{
22     
23 }
24 
25 /* Output:
26 0. true
27 1. false
28 Comparing element of array:true
29 Comparing element of array:true
30 */

验证Shallow Clone

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：

implements Cloneable interface.
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。

 1 package com.scv.test.clone;
 2 
 3 public class DeepCloneTest {
 4 
 5     public static void main(String[] args) throws Exception {
 6         CloneableZerg z0 = new CloneableZerg();
 7         CloneableZerg z1 = z0.clone();
 8         
 9         System.out.println("0. " + (z0 == z1));
10     }
11     
12 }
13 
14 class CloneableZerg implements Cloneable{
15     
16     @Override
17     public CloneableZerg clone() throws CloneNotSupportedException{
18         return (CloneableZerg)super.clone();
19     }
20 }
21 
22 /* Output:
23 0. false
24 */

验证Deep Clone

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

 1 package com.scv.test.clone;
 2 
 3 import java.util.ArrayList;
 4 
 5 public class ArrayListCloneTest {
 6 
 7     public static void main(String[] args) throws Exception {
 8         CloneTarget t = new CloneTarget();
 9         
10         ArrayList<CloneTarget> list0 = new ArrayList<CloneTarget>(1);
11         list0.add(t);
12         ArrayList<CloneTarget> list1 = (ArrayList<CloneTarget>) list0.clone();
13         list0.get(0).setFieldA(20);
14         
15         System.out.println("0. " + (list0 == list1));
16         System.out.println("1. " + (list0.get(0) == list1.get(0)));
17         System.out.println("2. " + list1.get(0).getFieldA());
18     }
19     
20 }
21 
22 class CloneTarget implements Cloneable{
23     
24     private int fieldA = 10;
25     
26     @Override
27     public CloneTarget clone() throws CloneNotSupportedException{
28         return (CloneTarget)super.clone();
29     }
30     
31     public void setFieldA(int a){
32         fieldA = a;
33     }
34     
35     public int getFieldA(){
36         return fieldA;
37     }
38 }
39 
40 /*
41  * Output:
42  * 0. false 
43  * 1. true
44  * 2. 20
45 */

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操作说明：

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

结果说明：

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。
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。