如何進行Java對象的克隆

摘要：由于Java中的對象使用引用類型，所以沒有直接的方法可以將對象的內容復制到一個新的對象。雖然java.lang.Object類的clone()方法為所有的引用類型提供了一套標準的克隆機制，但是對于深度克隆是較為麻煩的。本文給出了采用clone()方法實現淺克隆的案例，指出其局限性，然后提出采用序列化實現深克隆的方法和代碼，最后指出了這種方法的缺陷。

關鍵詞：Java對象; 淺克隆；深克隆；Clonable接口 ；Serializable接口

在Java中，對象是通過引用變量（reference variables）進行操縱的。同一個對象可以有多個引用變量引用它，將一個引用變量賦給另一個引用變量，只是創建了一個新的引用，其結果是這兩個引用變量引用了同一個對象，而并沒有對這個對象進行拷貝[1]。

有時候，我們需要獲得一個對象的拷貝。例如，你需要修改某個對象，但你不知道還有誰可能有一個對它的引用，于是你將這個對象進行拷貝然后修改它。更為常見的情形是，當一個對象是一個公共方法的參數或返回值時，如果該對象是一個參數，你把它保存起來，不希望調用者可以對其進行修改，所以，你需要保存該對象的拷貝。同樣，如果該公共方法返回一個對象，它是你的類的內部狀態的一部分，這時你需要返回一個拷貝，從而避免調用者有意或無意地改變類的內部狀態。

由于Java中的對象使用引用類型，所以沒有直接的方法可以將對象的內容復制到一個新的對象。為此，Java提供了一個特殊的clone()方法，為所有的引用類型提供了一套標準的克隆機制。下面是我們需要了解的一些細節。

1 Object類的 clone()方法

java.lang.Object類的clone()方法提供了克隆的功能，這個方法被定義為protected。眾所周知，Object類是所有類的父類，所有類都繼承了這個類的方法。但是，這個方法的缺省實現會拋出CloneNotSupportedException異常。一個類要實現克隆必須重寫Object類的clone()方法。請記住，第一，你一定要把它顯式地改為public；第二，要實現Cloneable接口的類才可以被克隆。

圖1展示了一個可以克隆自己的Person類。該類只有一個屬性變量name，在它的clone()方法中，首先創建了一個Person對象obj，然后使它跟自己具有相同的name 值，最后返回對象obj。在調用clone()方法的地方，返回的新對象必須通過類型轉換，轉換成正確的類型。

圖2的代碼片斷演示了smith對象復制它自己得到smith2 .

圖3運行結果顯示，smith和smith2這兩個對象具有完全相同的name值Smith，但是smith和smith2是兩個完全不同的引用， 一個是c17164， 另一個是1fb8ee3， 這說明smith和smith2是兩個不同的對象。

2 淺克隆和深克隆

Java支持兩種類型的克隆：淺克隆(Shallow cloning)和深克隆(Deep cloning)。

淺克隆，就是克隆對象的所有變量都含有與原對象相同的值，而它對其他對象的引用都仍然指向原來的對象。換句話說，淺克隆僅僅克隆所考慮的對象，而不克隆它所引用的對象。

深克隆，就是克隆對象的所有變量都含有與原對象相同的值，并且它所有的對其他對象的引用不再是原有的，而是指向被復制過的新對象。換言之，深克隆把對象的所有引用的對象也都復制了一遍。

缺省方式下Java使用的是淺克隆。Object類提供的clone()方法實現的就是淺克隆。

標準庫類ArrayList重寫了clone（）方法復制它自己，下面的案例驗證了ArrayList實現的也是淺克隆。

//list1有兩個student對象，他們的名字分別為//Robert和Jason

ArrayList list1 =

new ArrayList();

list1.add(new Student(\"Robert\"));

list1.add(new Student(\"Jason\"));

//復制list1，得到list2

ArrayList list2 =

(ArrayList)list1.clone();

//將list2中第一個student的名字更新為Rose

list2.get(0).setName(\"Rose\");

//查看list1中第一個student的名字

System.out.println(list2.get(0).getName());

結果顯示：我們將list2中第一個student的名字更新為Rose之后，list1中第一個student名字也隨之更新了。 這說明克隆出來的list和原來list里面的東西是同一個對象。

3 用序列化實現深克隆

我們在重寫clone()方法的時候，可以人為地添加對引用對象的復制，從而實現深克隆。但是，這個方法的缺點是太麻煩了，特別是當引用對象有很多，或者引用套引用很多重的時候。

業界常用的方法是使用序列化然后反序列化的方法來實現深克隆。由于序列化后，對象寫到流中，所有引用的對象都包含在其中，反序列化后，對等于生成了一個完全克隆的對象。

這個方法要求對象（包括被引用對象）必須事先實現了Serializable接口。

圖6所示的User 類包含一個屬性變量 name和一個對Address的引用變量address。為了節省篇幅，其中的setter/getter方法都沒有展開。請注意其中的copy（）方法的具體實現，它首先將對象寫在字節流里， 然后再從字節流里面讀出來，得到一份克隆對象。

下面的代碼片斷演示了對一個User對象的深克隆。其中 smith2 是通過 smith 克隆的。

//用戶 smith， 地址在US

User smith = new User(\"Smith\"，

new Address(\"US\"));

//復制smith，得到smith2

User smith2 = (User)smith.copy();

//分別打印smith 和 smith2 兩個引用

System.out.println(smith);

System.out.println(smith2);

//分別打印smith 和 smith2 包含的地址引用

System.out.println(smith.getAddress());

System.out.println(smith2.getAddress());

//分別打印smith 和 smith2的名字和地址值

System.out.println(smith.getName() +\"，\"+smith.getAddress().getAddressName());

System.out.println(smith2.getName()+\"，\"+smith2.getAddress().getAddressName());

結果顯示，smith 和 smith2 是兩個不同的引用，它們的值分別為173a10f和e09713， 而它們包含的地址引用也不同，分別為530daa和de6f34，但是它們的name值和addressName值是相同的。

4 結語

要實現Java對象的深克隆，我們可以采用重寫Object類的clone ()方法，或者業界廣泛采用的序列化方法。重寫clone()方法不適合于引用對象很多，或者引用套引用很多重的情況。而序列化方法很好地解決了這個問題。 但是序列化方法存在以下缺陷：首先是性能問題，人們發現序列化方法比一個正確實現的clone（）方法要慢一百倍。其次，并不是所有的對象都是可序列化的。第三，要當心transient變量，這些變量不被序列化，在反序列化時，采用的是默認值[2]。

參考文獻

[1] 錢宇虹，論Java對象的比較技巧，[J]，軟件工程師， 2010.8

[2] Eamonn McManus，Cloning Java objects using serialization [EB]， http://weblogs.java.net/blog/emcmanus/archive/2007/04/cloning_java_ob.html 2007