clone方法是如何工作的

clone()是java.lang.Object类下面的一个很难处理的方法,clone()的作用很简单,提供一种克隆机制创建对象的副本,对于如何实现它已成为一个棘手的事,同时还长期被广受批评。不管怎样,我们不去争论历史,现在我们将尝试学习clone方法是怎样工作的。说实在的,想理解克隆机制并不简单,甚至有经验的java程序员也很难解释可变对象的克隆是如何运作的、深克隆(deep copy)与浅克隆(shallow copy)的区别。这文章分为三部分,我们首先看clone方法是如何工作的,第二部分将学习如何重写(override)clone方法,最后我们讨论深度克隆与浅克隆。之所以选择把它作为三部分,是为了一次专注在一件事上,clone()本身就很让人困惑的,因此最好是一个一个理解概念。在这篇文章中将学习到什么是clone方法,以及怎么工作的,顺便说一句,clone是定义一个Object类下基本方法之一,与之类似的还有hashcode(),toString(),wait和notify。

什么是克隆对象

clone()方法返回的对象叫做原始对象的克隆体。一个克隆对象的基本特性必须是:a.clone()!=a,这也就意味着克隆对象和原始对象在java 堆(heap)中是两个独立的对象。a.clone().getClass == a.getClass() 以及 clone.equals(a),也就是说克隆对象完完全全是原始对象的一个拷贝。这些特征来自于一种良好的行为—正确地重写(overriedden)clone方法。但是这些并不是克隆机制强制要求的。意味着clone()返回的对象可能会违反这些约定(通过调用super.clone()方法返回的对象),当重写clone()方法时,你可以遵循前面两条(a.clone()!=a和a.clone().getClass()==a.getClass())。为了遵循第三个特性(clone.equals(a)),你必须重写equals方法。例如:Rectangle类的克隆对象就有这三个特性,但是如果你注释equals()再来运行相同的程序,你将看到第三个约束条件clone.equlas(a)返回false,顺便说一下,在《Effective Java》中有条目提到如何有效使用clone方法的知识点,我强烈建议你在读完本文后去翻一翻这本书。

clone方法是如何工作的

java.lang.Object提供了默认的clone方法实现,它声明为protected和native。因此它的实现是取决于本地代码,因为它约定返回对象是通过调用super.clone()方法,任何克隆的过程最终都将到达java.lang.Object 的clone()方法,它首先检查这个相关的类是否实现了Cloneable接口,这个接口是一个标记接口,如果这个实例没有实现cloneable接口,那么就会抛出CloneNotSupported异常,这个异常是一个checked异常,也就是说他在克隆对象的时候总需要被处理。如果没有异常抛出,然后java.lang.Object的clone()方法将创建一个拷贝返回给调用者。因为Object类的clone()方法通过创建新对象来生成这个副本的,然后逐个域拷贝(field-by-filed),类似于赋值操作,这种操作对于原始类型(primitives)和不可变类型(immutable)来说是没问题的,但是如果你的类包含一些可变的数据结构如:ArrayList或数组就不合适了,这种情况原始对象和副本对象将指向相同的堆,你可以通过一种叫深度克隆的技术防止这种事情发生。他的每一个可变的域被独立的克隆,简而言之,下面总结就是一个clone方法是如何工作的。

1. 任何类在实例上调用clone(),他将实现cloneable重写clone方法,创建副本。

 Rectangle rec = new Rectangle(30, 60);
  logger.info(rec);

    try {
         logger.info("Creating Copy of this object using Clone method");
         Rectangle copy = rec.clone();
         logger.info("Copy " + copy);

    } catch (CloneNotSupportedException ex) {
         logger.debug("Cloning is not supported for this object");
    }

2. 在Rectangle中调用clone方法被委派给super.clone(),它可以是自定义的super class或者是默认的java.lang.Object.

@Override
    protected Rectangle clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Rectangle) super.clone();
    }

最后调用到达java.lang.Object的clone()时,他验证相关的类是否实现Cloneable接口,如果没有实现那么抛出CloneNotSupportedException,否则他创建副本filed-by-field。

所以为了clone()方法可以正确的工作,两件事会发生:类必须实现Cloneable接口,必须重写clone方法,这是最简单的例子,对于更复杂的对象,它包含多个fileds、数组,结合不可变对象和原始类型,我们来看第二个clone教程

clone()举例

在这篇文章中,我们没有看到复杂的重写clone的方法,因为我们的Rectangle类非常简单,仅仅只是包含原生类型,只需通过Object的clone方法浅克隆就足够了。但是下面这个例子对理解对象的克隆很重要,这里是完整的代码:

import org.apache.log4j.Logger;

/**
  * Simple example of overriding clone() method in Java to understand How Cloning of
  * Object works in Java.
  *
  * @author
 */
public class JavaCloneTest {
    private static final Logger logger = Logger.getLogger(JavaCloneTest.class);

    public static void main(String args[]) {

        Rectangle rec = new Rectangle(30, 60);
        logger.info(rec);

        Rectangle copy = null;
        try {
            logger.info("Creating Copy of this object using Clone method");
            copy = rec.clone();
            logger.info("Copy " + copy);

        } catch (CloneNotSupportedException ex) {
            logger.debug("Cloning is not supported for this object");
        }

        //testing properties of object returned by clone method in Java
        logger.info("copy != rec : " + (copy != rec));
        logger.info("copy.getClass() == rec.getClass() : " + (copy.getClass() == rec.getClass()));
        logger.info("copy.equals(rec) : " + copy.equals(rec));

        //Updating fields in original object
        rec.setHeight(100);
        rec.setWidth(45);

        logger.info("Original object :" + rec);
        logger.info("Clonned object  :" + copy);
    }

}

public class Rectangle implements Cloneable{
    private int width;
    private int height;

    public Rectangle(int w, int h){
        width = w;
        height = h;
    }

    public void setHeight(int height) {
        this.height = height;
    }

    public void setWidth(int width) {
        this.width = width;
    }

    public int area(){
        return widthheight;
    }

    @Override
    public String toString(){
        return String.format("Rectangle [width: %d, height: %d, area: %d]", width, height, area());
    }

    @Override
    protected Rectangle clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Rectangle) super.clone();
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (obj == null) {
            return false;
        }
        if (getClass() != obj.getClass()) {
            return false;
        }
        final Rectangle other = (Rectangle) obj;
        if (this.width != other.width) {
            return false;
        }
        if (this.height != other.height) {
            return false;
        }
        return true;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        int hash = 7;
        hash = 47  hash + this.width;
        hash = 47  hash + this.height;
        return hash;
    }

}

Output:
2013-05-20 23:46:58,882 0    [main] INFO  JavaCloneTest  - Rectangle [width: 30, height: 60, area: 1800]
2013-05-20 23:46:58,882 0    [main] INFO  JavaCloneTest  - Creating Copy of this object using Clone method
2013-05-20 23:46:58,882 0    [main] INFO  JavaCloneTest  - Copy Rectangle [width: 30, height: 60, area: 1800]

2013-05-20 23:46:58,882 0    [main] INFO  JavaCloneTest  - copy != rec : true
2013-05-20 23:46:58,882 0    [main] INFO  JavaCloneTest  - copy.getClass() == rec.getClass() : true
2013-05-20 23:46:58,882 0    [main] INFO  JavaCloneTest  - copy.equals(rec) : true

2013-05-20 23:46:58,882 0    [main] INFO  JavaCloneTest  - Original object :Rectangle [width: 45, height: 100, area: 4500]

2013-05-20 23:46:58,882 0    [main] INFO  JavaCloneTest  - Cloned object  :Rectangle [width: 30, height: 60, area: 1800]

从输出结果,你可以清晰的看到克隆对象和原始对象有相同的属性,同样改变原始对象的属性并不影响拷贝对象的状态。因为他们仅仅包含原生字段,包含任何可变对象将影响两者,你同样还可以看到标准的克隆对象的属性如:clone!=original,clone.getClass()==original.getClass(),clone.equals(original).

要记住的事情

  1. 克隆方法用于创建对象的拷贝,为了使用clone方法,类必须实现java.lang.Cloneable接口重写protected方法clone,如果没有实现Clonebale接口会抛出CloneNotSupportedException.
  2.  在克隆java对象的时候不会调用构造器
  3. java提供一种叫浅拷贝(shallow copy)的默认方式实现clone,创建好对象的副本后然后通过赋值拷贝内容,意味着如果你的类包含可变对象,那么原始对象和克隆都将指向相同的内部对象,这是很危险的,因为发生在可变的字段上任何改变将反应到原始对象和副本对象上。为了避免这种情况,重写clone()方法。
  4. 按照约定,实例的克隆应该通过调用super.clone()获取,这样有助克隆对象的不变性建如:clone!=original和clone.getClass()==original.getClass(),尽管这些不是必须的

 

原文链接: javarevisited 翻译: ImportNew.com - 刘志军
译文链接: http://www.importnew.com/6960.html
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关于作者: 刘志军

程序员,关注 Java、Python、云计算,移动互联网。(新浪微博:@_Zhijun

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