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Java中如何实现对象的拷贝

ds 2025/8/24 10:04:19

对象的拷贝

简介

对象的拷贝，把一个对象中的数据，复制到另一个相同类型的对象中，在某些情况下，这会很有用，例如，创建线程安全的实例中提到的一个规范，对象应该返回自身数据的拷贝，而不应该返回数据本身，避免外部对于数据的修改影响到对象本身，String类就是这么写的，它会对外返回char数组的拷贝，而不是char数组本身，这样，当用户修改char数组时，不会影响到String对象本身。

String类的toCharArray方法，返回内部char数组的拷贝

public char[] toCharArray() {// Cannot use Arrays.copyOf because of class initialization order issueschar result[] = new char[value.length];System.arraycopy(value, 0, result, 0, value.length);return result;
}

浅拷贝和深拷贝

对象的拷贝，依据类型的不同，可以分为浅拷贝和深拷贝，浅拷贝是引用复制，深拷贝是数据复制。

浅拷贝和深拷贝：

浅拷贝：将原对象中的所有字段复制到新对象中，如果字段是基本数据类型，则复制的是值，如果字段是引用数据类型，则复制的是指向引用的地址，此时，新对象和原对象之间存在共享数据，如果某个对象修改了这部分数据，另一个对象也会受影响
深拷贝：不仅将源对象中所有字段复制到新对象中，还会递归地复制字段引用的对象，在深拷贝结束后，原对象和新对象之间不存在任何共享数据，某个对象被修改，不会影响到另一个对象。

浅拷贝

Object.clone方法，浅拷贝通常是通过这个方法来实现，它是一个本地方法，位于Object类中，子类也可以重写它来实现深拷贝，但是通常不需要这么做，因为代价比较大，如果希望深拷贝是一项通用能力的话。

方法签名：protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

clone方法的使用：

clone()方法是protected的，这意味着只有子类和同一个包中的其他类可以调用它。
如果一个类没有实现Cloneable接口，尝试调用它的clone()方法将抛出CloneNotSupportedException。
当用需要克隆一个对象时，需要会在子类中重写clone()方法，并确保它是public的，这样外部代码才能调用它。

clone方法的底层原理：clone()方法创建了一个对象的浅拷贝。这意味着新对象和原始对象在内存中是两个独立的副本，但是它们中的引用字段指向相同的对象。

案例：

// Person类
public class Person implements Cloneable{private String name;private int age;@Overridepublic Person clone() throws CloneNotSupportedException {return (Person) super.clone();}// 省略构造方法、getter、setter、toString
}// PersonGroup类：持有Person类的引用，通过这个引用，就可以看出深拷贝和浅拷贝的区别
public class PersonGroup implements Cloneable {private String groupName;private Person person1;@Overridepublic PersonGroup clone() throws CloneNotSupportedException {return (PersonGroup) super.clone();}// 省略构造方法、getter、setter、toString
}// 测试
public class Test3 {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {Person person = new Person("张三", 18);PersonGroup personGroup = new PersonGroup("aaa", person);PersonGroup clone = personGroup.clone();System.out.println("clone = " + clone);}
}

对测试类进行debug，观察克隆出的实例和原实例的内存地址，以及它们中成员变量的内存地址，可以得出结论：Object类中的clone方法，将原实例在堆内存中的数据复制了一份，到新的内存空间，再将新内存空间的地址赋值给clone后的对象，两块内存地址中如果有引用类型的数据，那么它们指向相同的内存空间

关于浅拷贝，有一个地方值得注意，在原对象中有引用类型的数据的情况下，浅拷贝出的新对象，如果修改了这个引用指向的对象，原对象也会受影响，如果是修改了引用本身的指向，那么新对象不受影响。

深拷贝

深拷贝有多种实现方式，包括基于IO流的深拷贝、基于json转换的深拷贝，核心原理都是把原对象和它引用的对象，全部复制一份，然后创建一个新对象，新对象的引用也是新对象。原对象和新对象中不存在任何共享对象。

方式1：使用IO流实现深拷贝

@SuppressWarnings("unchecked")
public static <T> T deepCopyByIO(T object) {if (object == null) {return null;}// ByteArrayOutputStream、ByteArrayInputStream，是内存流，即使不关闭也不会造成资源泄露，例如文件句柄未// 释放等问题，即使如此，随时关闭流依然是一个好习惯，而且关闭输出流会保证缓冲区的数据被正确的写出try (ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream)) {objectOutputStream.writeObject(object);try (ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray());ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(byteArrayInputStream)) {return (T) objectInputStream.readObject();}} catch (Exception e) {e.printStackTrace(); // 打印异常信息return null;}
}

apache提供的common-langs包中也提供了类似的实现，SerializationUtils.clone方法

2、使用json实现深拷贝

// 这里使用的是gson框架，
public static <T> T deepCopyByGson(T object) {if (object == null) {return null;}try {Gson gson = new Gson(); // 获取对象的类型Type type = object.getClass();// 将对象转换为 JSON 字符串String jsonString = gson.toJson(object);// 从 JSON 字符串解析回对象return gson.fromJson(jsonString, type);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();return null;}
}

3、使用一些更高效的序列化框架，如hession、kryo等，都可以实现深拷贝。

深拷贝和循环引用

循环引用是指，两个对象互相持有对方的引用，这种情况下，即使是简单的toString方法，如果处理不当，也可能会栈内存溢出。

案例：循环引用

// 两个对象互相持有对方的引用
@Getter
@Setter
public static class Person1 implements Serializable {private String name;private Person2 person2;@Overridepublic String toString() {return "Person1{" +"name='" + name + '\'' +", person2=" + person2 +'}';}
}@Getter
@Setter
public static class Person2 implements Serializable {private String name;private Person1 person1;@Overridepublic String toString() {return "Person2{" +"name='" + name + '\'' +", person1=" + person1.toString() +'}';}
}// 测试
@Test
public void test4() {Person1 person1 = new Person1();Person2 person2 = new Person2();person1.setName("zs");person1.setPerson2(person2);person2.setName("ls");person2.setPerson1(person1);System.out.println("person1 = " + person1);
}

这个案例会报栈内存溢出，因为在打印对象时，调用了它的toString方法，打印对象1的时候发现需要打印对象2，打印对象2的时候发现需要打印对象1，造成循环调用，最终栈内存溢出。

所以在深拷贝时，如何解决循环引用的问题？

方式1：使用基于io流的方式，这种方法天然可以避免循环引用，因为对象序列化机制内置了对循环引用的检测和处理

方式2：忽略循环引用相关的字段，某些json框架可以手动配置，忽略某些字段。

案例：使用fastjson来解决循环引用的问题，这是fastjson内置的特性，在最终结果中，它会使用 “ref” 来代替循环引用

@Test
public void test4() {Person1 person1 = new Person1();Person2 person2 = new Person2();person1.setName("zs");person1.setPerson2(person2);person2.setName("ls");person2.setPerson1(person1);// 深拷贝String jsonString = JSON.toJSONString(person1, JSONWriter.Feature.ReferenceDetection);Person1 person3 = JSON.parseObject(jsonString, Person1.class);// {"name":"zs","person2":{"name":"ls","person1":{"$ref":"$"}}}System.out.println("jsonString = " + jsonString);
}