简述Java语言的对象克隆特性

在Java中传值及引伸深度克隆的思考中，我们讲过引申到克隆技术Java中的所有对象都是Object类的子类。我们知道，Java是纯面向对象的程序设计语言。Java里，所有的类的***父类都是java.lang.Object类，也就是说，如果一个类没有显示 申明继承关系，它的父类默认就是java.lang.Object。

有一个很简单的方法可以证明这一点，我们写一个Test类，如下：

public class Test {   
    public void someMethod() {   
        super.clone();   
    }   
}   
 

里面调用了super.clone()，编译时并不报错。其实clone()方法为java.lang.Object类提供的一个 protected型方法。

对象克隆

本文通过介绍java.lang.Object#clone()方法来说明Java语言的对象克隆特性。

java.lang.Object#clone()方法由java.lang.Object加以实现，主要对对象本身加以克隆。

首先我们看看下面的例子：

public class TestClone {   
    public static void main(String[] args) {   
        MyClone myClone1 = new MyClone("clone1");   
          
        MyClone myClone2 = (MyClone)myClone1.clone();   
          
        if (myClone2 != null) {   
            System.out.println(myClone2.getName());   
            System.out.println("myClone2 equals myClone1: " + myClone2.equals(myClone1));   
        } else {   
            System.out.println("Clone Not Supported");   
        }   
    }   
}   
class MyClone {   
    private String name;   
    public MyClone(String name) {   
        this.name = name;   
    }   
      
    public String getName() {   
        return name;   
    }   
    public void setName(String name) {   
        this.name = name;   
    }   
      
    public Object clone() {   
        try {   
            return super.clone();   
        } catch (CloneNotSupportedException e) {   
            return null;   
        }   
    }   
 

编译执行TestClone，打印出：

C:\clone>javac *.java   
C:\clone>java TestClone   
Clone Not Supported   
C:\clone>   
 

说明MyClone#clone()方法调用super.clone()时抛出了CloneNotSupportedException异常，不支持克隆。

为什么父类java.lang.Object里提供了clone()方法，却不能调用呢？

原来，Java语言虽然提供了这个方法，但考虑到安全问题， 一方面将clone()访问级别设置为protected型，以限制外部类访问；

另一方面，强制需要提供clone功能的子类实现java.lang.Cloneable接口，在运行期，JVM会检查调用clone()方法的 类，如果该类未实现java.lang.Cloneable接口，则抛出CloneNotSupportedException异常。

java.lang.Cloneable接口是一个空的接口，没有申明任何属性与方法。该接口只是告诉JVM，该接口的实现类需要开放“克隆”功能。

我们再将MyClone类稍作改变，让其实现Cloneable接口：

class MyClone implements Cloneable {   
    ...//其余不做改变   
}   
 
编译执行TestClone，打印出：   
 
C:\clone>javac *.java   
C:\clone>java TestClone   
clone1   
myClone2 equals myClone1: false   
C:\clone>   
 

根据结果，我们可以发现：

1，myClone1.clone()克隆了跟myClone1具有相同属性值的对象

2，但克隆出的对象myClone2跟myClone1不是同一个对象（具有不同的内存空间）

小结

如果要让一个类A提供克隆功能，该类必须实现java.lang.Cloneable接口，并重载 java.lang.Object#clone()方法。

public class A extends Cloneable {   
    public Object clone() {   
        try {   
            return super.clone();   
        } catch (CloneNotSupportedException e) {   
            //throw (new InternalError(e.getMessage()));   
            return null;   
        }   
    }   
}   
 

对象的深层次克隆

上例说明了怎么样克隆一个具有简单属性（String，int，boolean等）的对象。

但如果一个对象的属性类型是List，Map，或者用户自定义的其他类时，克隆行为是通过怎样的方式进行的？

很多时候，我们希望即使修改了克隆后的对象的属性值，也不会影响到原对象，这种克隆我们称之为对象的深层次克隆。怎么样实现对象的深层次克隆呢？

验证对象的克隆方式

为了验证对象的克隆方式，我们对上面的例子加以改进，如下（为了节省篇幅，我们省略了setter与getter方法）：

public class TestClone {   
    public static void main(String[] args) {   
        //为克隆对象设置值   
         MyClone myClone1 = new MyClone("clone1");   
         myClone1.setBoolValue(true);   
         myClone1.setIntValue(100);   
          
        //设置List值   
         List <Element>listValue = new ArrayList<Element>();   
         listValue.add(new Element("ListElement1"));   
         listValue.add(new Element("ListElement2"));   
         listValue.add(new Element("ListElement3"));   
         myClone1.setListValue(listValue);   
          
        //设置Element值   
         Element element1 = new Element("element1");   
         myClone1.setElement(element1);   
          
          
        //克隆   
         MyClone myClone2 = (MyClone)myClone1.clone();   
          
        if (myClone2 != null) {   
              
            //简单属性   
             System.out.println("myClone2.name=" + myClone2.getName()   
                     + " myClone2.boolValue=" + myClone2.isBoolValue()   
                     + " myClone2.intValue=" + myClone2.getIntValue() );   
              
            //复合属性（List<Element>与Element）   
             List clonedList = myClone2.getListValue();   
             Element element2 = myClone2.getElement();   
              
             System.out.println("myClone2.listValue.size():" + clonedList.size());   
             System.out.println("myClone2.element.equals(myClone1.element):" + element2.equals(element1));   
             System.out.println("myClone2.element.name:" + element2.getName());   
              
            //下面我们测试一下myClone2.element是否等于myClone1.element   
            //以及myClone2.listValue是否等于myClone1.listValue   
            //为此，我们修改myClone2.element与myClone2.listValue，如果myClone1的相应值也跟着被修改了，则它们引用 的是同一个内存空间的变量，我们认为它们相等   
              
             clonedList.add("ListElement4");   
              
             System.out.println("myClone1.listValue.size():" + listValue.size());   
              
             element2.setName("Element2");   
             System.out.println("myClone1.element.name:" + element1.getName());   
              
         } else {   
             System.out.println("Clone Not Supported");   
         }          
          
     }   
 
}   
 
 
class MyClone implements Cloneable {   
    private int intValue;   
    private boolean boolValue;   
    private String name;   
    private List <Element>listValue;   
    private Element element;   
 
    public MyClone(String name) {   
         this.name = name;   
     }   
 
     ...//setter与getter方法（略）   
}   
 
class Element implements Cloneable   {   
    private String name;   
      
    public Element (String name) {   
         this.name = name;   
     }   
 
     ...//setter与getter方法（略）   
}   
 

编译执行TestClone，打印出：

C:\clone>javac *.java   
C:\clone>java TestClone   
myClone2.name=clone1 myClone2.boolValue=true myClone2.intValue=100   
myClone2.listValue.size():3   
myClone2.element.equals(myClone1.element):true   
myClone2.element.name:element1   
myClone1.listValue.size():4   
myClone1.element.name:Element2   
myClone2 equals myClone1: false   
C:\clone>   
 

我们发现，对于对象里的List，Element等复合属性，super.clone()只是简单地赋值，没有采取克隆手段。也就是说，修改被克 隆后的对象值，会影响到原对象。

怎么进行深层次的克隆呢？

答案是，我们只能手动在重载的clone()方法里，对属性也分别采用克隆操作。当然条件是，属性类也得支持克隆操作

class MyClone implements Cloneable {   
     ...   
    public Object clone() {   
        try {   
             MyClone myClone = (MyClone)super.clone();   
            //分别对属性加以克隆操作   
             myClone.element = this.element.clone();   
              
             myClone.listValue = new ArrayList();   
            for (Element ele:this.listValue) {   
                 myClone.listValue.add(ele.clone());   
             }   
                          
            return myClone;   
         } catch (CloneNotSupportedException e) {   
            return null;   
         }   
     }   
     ...   
}   
 
//让Element类也支持克隆操作   
class Element implements Cloneable   {   
     ...   
    public Element clone() {   
        try {   
            return (Element)super.clone();   
         } catch (CloneNotSupportedException e) {   
            return null;   
         }   
     }   
}   
 

深层次的克隆操作往往存在效率问题，尤其是需要让List，Map等集合类也支持深层次的克隆操作时。

总结

本文结合范例，比较深入地介绍了Java语言的克隆属性，以及克隆的实现方法等。同时分析了深层次克隆的概念，实现，以及存在的问题等。 但是有没有更好的方法呢？当然，是有的，串行化来实现。

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