Java基础篇：对象拷贝：clone方法 以及 序列化

我们知道在Java中存在这个接口Cloneable，实现该接口的类都会具备被拷贝的能力，同时拷贝是在内存中进行，在性能方面比我们直接通过new生成对象来的快，特别是在大对象的生成上，使得性能的提升非常明显。然而我们知道拷贝分为深拷贝和浅拷贝之分，但是浅拷贝存在对象属性拷贝不彻底问题。

A:浅拷贝（浅克隆）: 浅拷贝仅仅复制所考虑的对象，而不复制它所引用的对象。 b:深拷贝（深克隆）：深拷贝把要复制的对象所引用的对象都复制了一遍。

一、clone方法浅拷贝问题：

Java中对象的克隆,为了获取对象的一份拷贝，我们可以利用Object类的clone()方法。Object类里的clone方法是浅拷贝。

必须要遵循下面三点： 1.在派生类中覆盖基类的clone()方法，并声明为public【Object类中的clone()方法为protected的】。 2.在派生类的clone()方法中，调用super.clone()。 3.在派生类中实现Cloneable接口。

先看以下代码：

public class Person implements Cloneable{
    /** 姓名 **/
    private String name;
    
    /** 电子邮件 **/
    private Email email;
 
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    public Email getEmail() {
        return email;
    }
 
    public void setEmail(Email email) {
        this.email = email;
    }
    
    public Person(String name,Email email){
        this.name  = name;
        this.email = email;
    }
    
    public Person(String name){
        this.name = name;
    }
 
    protected Person clone() {
        Person person = null;
        try {
            person = (Person) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        return person;
    }
}
 

public class Email {
	private Object name;
	private String content;
	
	public Email(Object name, String content) {
		this.name = name;
		this.content = content;
	}

	public String getContent() {
		return content;
	}
	public void setContent(String content) {
		this.content = content;
	}
	public Object getName() {
		return name;
	}
	public void setName(Object name) {
		this.name = name;
	}
}


public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //写封邮件
        Email email = new Email("请参加会议","请与今天12:30到二会议室参加会议...");
        
        Person person1 =  new Person("张三",email);
        
        Person person2 =  person1.clone();
        person2.setName("李四");
        Person person3 =  person1.clone();
        person3.setName("王五");
        
        System.out.println(person1.getName() + "的邮件内容是：" + person1.getEmail().getContent());
        System.out.println(person2.getName() + "的邮件内容是：" + person2.getEmail().getContent());
        System.out.println(person3.getName() + "的邮件内容是：" + person3.getEmail().getContent());
    }
}
--------------------
Output:
张三的邮件内容是：请与今天12:30到二会议室参加会议...
李四的邮件内容是：请与今天12:30到二会议室参加会议...
王五的邮件内容是：请与今天12:30到二会议室参加会议...
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在该应用程序中，首先定义一封邮件，然后将该邮件发给张三、李四、王五三个人，由于他们是使用相同的邮件，并且仅有名字不同，所以使用张三该对象类拷贝李四、王五对象然后更改下名字即可。程序一直到这里都没有错，但是如果我们需要张三提前30分钟到，即把邮件的内容修改下：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //写封邮件
        Email email = new Email("请参加会议","请与今天12:30到二会议室参加会议...");
        
        Person person1 =  new Person("张三",email);
        
        Person person2 =  person1.clone();
        person2.setName("李四");
        Person person3 =  person1.clone();
        person3.setName("王五");
        
        person1.getEmail().setContent("请与今天12:00到二会议室参加会议...");
        
        System.out.println(person1.getName() + "的邮件内容是：" + person1.getEmail().getContent());
        System.out.println(person2.getName() + "的邮件内容是：" + person2.getEmail().getContent());
        System.out.println(person3.getName() + "的邮件内容是：" + person3.getEmail().getContent());
    }
}
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在这里同样是使用张三该对象实现对李四、王五拷贝，最后将张三的邮件内容改变为：请与今天12:00到二会议室参加会议…。但是结果是：

张三的邮件内容是：请与今天12:00到二会议室参加会议...
李四的邮件内容是：请与今天12:00到二会议室参加会议...
王五的邮件内容是：请与今天12:00到二会议室参加会议...
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这里我们就有疑惑为什么李四和王五的邮件内容也发生改变了呢？其实出现问题的关键就在于clone()方法上面，我们知道clone()方法是使用Object类的clone()方法，但是该方法存在一个缺陷，他并不会将对象的所有属性全部拷贝过来，而是有选择性的拷贝，基本规则如下：

（1）基本类型：

如果变量是基本类型，则拷贝其值，比如Int、float等。

（2）对象：

如果变量是一个实例对象，则拷贝其地址引用，也就是说此时新对象与原来对象是公用该实例变量。

（3）String字符串：

如果变量为String字符串，则拷贝其引用地址，但是在修改的时候，它会从字符串池中重新生成一个新的字符串，原有的字符串对象保持不变。

基于上面上面的规则，我们很容易发现问题的所在，他们三者公用一个对象，张三修改了该邮件内容，则李四和王五也会修改，所以才会出现上面的情况。对于这种情况我们还是可以解决的，只需要在clone()方法里面新建一个对象，然后张三引用该对象即可（深拷贝）：

protected Person clone() {
        Person person = null;
        try {
            person = (Person) super.clone();
            person.setEmail(new Email(person.getEmail().getObject(),person.getEmail().getContent()));
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        return person;
    }
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所以：浅拷贝只是Java提供的一种简单的拷贝机制，不便于直接使用。

对于上面的解决方案还是存在一个问题，若我们系统中存在大量的对象是通过拷贝生成的，如果我们每一个类都写一个clone()方法，并将还需要进行深拷贝，新建大量的对象，这个工程是非常大的，这里我们可以利用序列化来实现对象的拷贝。

二、利用序列化实现对象的拷贝：

利用序列化来做深复制,把对象写到流里的过程是序列化（Serilization）过程，而把对象从流中读出来的过程则叫做反序列化（Deserialization）过程。应当指出的是，写在流里的是对象的一个拷贝，而原对象仍然存在于JVM里面。利用这个特性，可以做深拷贝 。并且该新对象与母对象之间并不存在引用共享的问题，真正实现对象的深拷贝。

public class CloneUtils {
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public static <T extends Serializable> T clone(T obj){
        T cloneObj = null;
        try {
            //写入字节流，将该对象序列化成流,因为写在流里的是对象的一个拷贝，而原对象仍然存在于JVM里面。所以利用这个特性可以实现对象的深拷贝
            ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream obs = new ObjectOutputStream(out);
            obs.writeObject(obj);
            obs.close();
            
            //分配内存，写入原始对象，生成新对象
            ByteArrayInputStream ios = new ByteArrayInputStream(out.toByteArray());
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(ios);
            //返回生成的新对象
            cloneObj = (T) ois.readObject();
            ois.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return cloneObj;
    }
}
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使用该工具类的对象必须要实现Serializable接口，否则是没有办法实现克隆的。

public class Person implements Serializable{
    private static final long serialVersionUID = 2631590509760908280L;
 
    ..................
    //去除clone()方法
 
}
 
public class Email implements Serializable{
    private static final long serialVersionUID = 1267293988171991494L;
    
    ....................
}
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所以使用该工具类的对象只要实现Serializable接口就可实现对象的克隆，无须继承Cloneable接口实现clone()方法。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //写封邮件
        Email email = new Email("请参加会议","请与今天12:30到二会议室参加会议...");
        
        Person person1 =  new Person("张三",email);
        
        Person person2 =  CloneUtils.clone(person1);
        person2.setName("李四");
        Person person3 =  CloneUtils.clone(person1);
        person3.setName("王五");
        person1.getEmail().setContent("请与今天12:00到二会议室参加会议...");
        
        System.out.println(person1.getName() + "的邮件内容是：" + person1.getEmail().getContent());
        System.out.println(person2.getName() + "的邮件内容是：" + person2.getEmail().getContent());
        System.out.println(person3.getName() + "的邮件内容是：" + person3.getEmail().getContent());
    }
}
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Output:
张三的邮件内容是：请与今天12:00到二会议室参加会议...
李四的邮件内容是：请与今天12:30到二会议室参加会议...
王五的邮件内容是：请与今天12:30到二会议室参加会议...
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