Java篇 – 聊聊cloneable

今天来说说cloneable，java中创建对象除了使用new关键字，反射，还有一种方式就是clone。有一个设计模式叫原型模式，用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象，简单的说就是clone一个对象实例，使得clone出来的对象和原有的对象一模一样，两个对象相互不影响。

什么时候使用clone呢，clone又存在哪些问题？

1. clone的使用场景

我们都知道，java中对象的传递是引用传递，如果把一个对象传递给另一个类，但是我们不想让该对象被修改，就可以使用clone。当然，如果这个类是不可变类，使用clone就没有必要了。

2. clone分类

• clone分为浅clone和深clone，浅clone(默认的)只能clone基本数据类型和不可变类型(如string，其实不是clone了而是无需clone)，深clone(比如clone主对象中某个复杂对象)要自己实现。

我们平时开发中也用到过Serializable，它可以替代深clone，但是效率(走IO)和编码复杂度上比clone差，毕竟clone是java native实现的。

还有一种clone的替代方案，就是使用一个静态函数，手动赋值：

    private static class Person {
        
        String name;
        int age;

        static Person copyOf(Person person) {
            Person person1 = new Person();
            person1.name = person.name;
            person1.age = person.age;
            return person1;
        }
    }

3. clone的基本准则

clone后的对象和原型的内容一样，但又是彼此隔离的。即在clone之后，改变其中一个不影响另外一个。

4. Object的clone

    protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

Object提供的clone方法是native实现的，对一个对象a的clone就是在堆上分配一个和a在堆上所占存储空间一样大的一块地方，然后把a的堆上内存的内容复制到这个新分配的内存空间上。默认的实现中基本数据类型是直接赋值，而对象则是复制了一下引用，也就是浅拷贝。

看一个例子：

    public static void main(String[] args) {
        Worker worker = new Worker();
        worker.name = "kuang";
        worker.age = 27;
        Manager manager = new Manager();
        manager.name = "zhao";
        manager.age = 30;
        manager.worker = worker;

        try {
            Manager clone = manager.clone();
            clone.name = "xue";
            clone.age = 31;
            clone.worker.age = 28;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(manager.name);
        System.out.println(manager.age);
        System.out.println(manager.worker.age);
    }

    private static class Worker {

        String name;
        int age;
    }

    private static class Manager implements Cloneable {

        String name;
        int age;
        Worker worker;

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

执行输出：

zhao
30
28

使用Object默认的clone方法，必须重写clone方法，即使是调用默认的实现，否则clone时会报错。可以看到clone后的对象，不能改变原有对象的基本类型属性(age)，但是会改变原有对象的引用对象属性(worker)。注意，上面Manager类中的name类型是String，不是基本数据类型，属于对象，那它为什么也不会改变呢？

因为String是不可变类，没有方法可以改变它的内部状态。相关原理可以看看我前面写的一篇文章：《Java篇 – 从内到外剖析String类以及使用String时的性能优化》

https://blog.csdn.net/u014294681/article/details/85169691

5. 如何正确clone?

• 1. 实现Cloneable接口。
• 2. 调用super.clone拿到一个对象，如果父类的clone实现没有问题的话，在该对象的内存存储中，所有父类定义的属性都已经clone好了，该类中的基本数据类型和不可变类型引用也克隆好了，可变类型引用都是浅copy，复制引用。
• 3. 把浅copy的引用指向原型对象新的克隆体。

改一下刚刚这个例子：

    private static class Worker implements Cloneable {

        String name;
        int age;

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

    private static class Manager implements Cloneable {

        String name;
        int age;
        Worker worker;

        @Override
        protected Manager clone() throws CloneNotSupportedException {
            Manager manager = (Manager) super.clone();
            if (worker != null)
                manager.worker = worker.clone();
            return manager;
        }
    }

执行输出：

zhao
30
27

可以看到经过这样的clone方式，实现了对象属性的深clone，两个对象互不影响。但是如果Manager中的worker属性是final修饰的，比如只在构造器中赋值，那么第三步是走不下去的，所以使用clone时得依照情况来选择是否使用。

6. 几种clone方案的比较

前面讲了系统的clone方案和静态方法手动实现clone，还有一个没讲，就是Serializable。

我们用serializable来实现上面例子的clone功能：

    private static class Worker implements Serializable {
        private static final long serialVersionUID = 872390113109L;

        String name;
        int age;
    }

    private static class Manager implements Serializable {
        private static final long serialVersionUID = 369285298572941L;

        String name;
        int age;
        Worker worker;

        public Manager cloneManager() {
            Manager manager = null;
            try {
                ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
                ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(baos);
                oos.writeObject(this);
                ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray());
                ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bais);
                manager = (Manager) ois.readObject();
            } catch (ClassNotFoundException | IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return manager;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Worker worker = new Worker();
        worker.name = "kuang";
        worker.age = 27;
        Manager manager = new Manager();
        manager.name = "zhao";
        manager.age = 30;
        manager.worker = worker;

        Manager clone = manager.cloneManager();
        clone.name = "xue";
        clone.age = 31;
        clone.worker.age = 28;
        
        System.out.println(manager.name);
        System.out.println(manager.age);
        System.out.println(manager.worker.age);
    }

输出结果和深clone一样：

zhao
30
27

那么如何选择clone方案呢？

使用Serializable同样可以做到对象的clone，但是Cloneable本身就是为clone设计的，虽然有一些缺点，但是如果可以的话无疑用它来做clone比较合适。如果不行的话用原型构造函数，或者静态copy方法也可以。现在JVM越来越快了，系统默认的native实现性能还是不错的，clone一个有100个元素的int数组，用系统默认的clone比静态copy方法快2倍左右。

Serializable制作clone的话，添加了太多其它的东西，增加了复杂性。

• 1. 所有的相关的类都得支持Serializable，这个工作量和cloneable差不多。
• 2. Serializable添加了更多的意义，除了提供一个方法用Serializable制作Clone，该类等于也添加了其它的public API，如果一个类实现了Serializable，等于它的二进制形式就已经是其API的一部分了，不便于该类以后内部的改动。
• 3. 用Serializable来实现clone时，保存了一个老版本的对象二进制，如果该类更新了，那么在clone时还得考虑类版本兼容性的问题。
• 4. Serializable需要走IO，性能上存在很大问题。

上面提到了一些Serializable的东西，下一篇文章我将带大家来理解下Serializable。

今天的文章Java篇 – 聊聊cloneable分享到此就结束了，感谢您的阅读。