目錄
預(yù)備知識(shí)
為什么要clone
Object的clone以及為什么如此實(shí)現(xiàn)
如何clone
對(duì)clone的態(tài)度
其他的選擇
和Serializable的比較
性能
預(yù)備知識(shí)
為了理解java的clone，有必要先溫習(xí)以下的知識(shí)。
java的類(lèi)型，java的類(lèi)型分為兩大類(lèi)，一類(lèi)為primitive，如int，另一類(lèi)為引用類(lèi)型,如String,Object等等。
java引用類(lèi)型的存儲(chǔ)，java的引用類(lèi)型都是存儲(chǔ)在堆上的
public class B { int a; String b; public B(int a, String b) { super(); this.a = a; this.b = b; } }
對(duì)這樣一個(gè)引用類(lèi)型的實(shí)例，我們可以推測(cè)，在堆上它的內(nèi)存存儲(chǔ)形式（除去指向class的引用，鎖的管理等等內(nèi)務(wù)事務(wù)所占內(nèi)存），應(yīng)該有一個(gè)int值表示a,以及一個(gè)引用，該引用指向b在堆上的存儲(chǔ)空間。 
為什么要clone 恩，因?yàn)樾枰U話(huà)。 有名的GoF設(shè)計(jì)模式里有一個(gè)模式為原型模式，用原型實(shí)例指定創(chuàng)建對(duì)象的種類(lèi),并且通過(guò)拷貝這些原型創(chuàng)建新的對(duì)象. 簡(jiǎn)單的說(shuō)就是clone一個(gè)對(duì)象實(shí)例。使得clone出來(lái)的copy和原有的對(duì)象一模一樣。 插一個(gè)簡(jiǎn)單使用clone的例子，如果一個(gè)對(duì)象內(nèi)部有可變對(duì)象實(shí)例的話(huà)，public API不應(yīng)該直接返回該對(duì)象的引用，以防調(diào)用方的code改變?cè)搶?duì)象的內(nèi)部狀態(tài)。這個(gè)時(shí)候可以返回該對(duì)象的clone。 問(wèn)題來(lái)了，什么叫一模一樣。 一般來(lái)說(shuō)，有 x.clone() != x x.clone().getClass() == x.getClass() x.clone().equals(x) 但是這些都不是強(qiáng)制的。 我們需要什么樣的clone就搞出什么樣的clone好了。 一般而言，我們要的clone應(yīng)該是這樣的。copy和原型的內(nèi)容一樣，但是又是彼此隔離的。即在clone之后，改變其中一個(gè)不影響另外一個(gè)。 Object的clone以及為什么如此實(shí)現(xiàn) Object的clone的行為是最簡(jiǎn)單的。以堆上的內(nèi)存存儲(chǔ)解釋的話(huà)（不計(jì)內(nèi)務(wù)內(nèi)存），對(duì)一個(gè)對(duì)象a的clone就是在堆上分配一個(gè)和a在堆上所占存儲(chǔ)空間一樣大的一塊地方，然后把a(bǔ)的堆上內(nèi)存的內(nèi)容復(fù)制到這個(gè)新分配的內(nèi)存空間上。 看例子。 class User { String name; int age; } class Account implements Cloneable { User user; long balance; @Override public Object clone() throws CloneNotSupportedException { return super.clone(); } } // user. User user = new User(); user.name = "user"; user.age = 20; // account. Account account = new Account(); account.user = user; account.balance = 10000; // copy. Account copy = (Account) account.clone(); // balance因?yàn)槭莗rimitive，所以copy和原型是相等且獨(dú)立的。 Assert.assertEquals(copy.balance, account.balance); copy.balance = 20000; // 改變copy不影響原型。 Assert.assertTrue(copy.balance != account.balance); // user因?yàn)槭且妙?lèi)型，所以copy和原型的引用是同一的。 Assert.assertTrue(copy.user == account.user); copy.user.name = "newName"; // 改變的是同一個(gè)東西。 Assert.assertEquals("newName", account.user.name);
恩，默認(rèn)實(shí)現(xiàn)是幫了我們一些忙，但是不是全部。 primitive的確做到了相等且隔離。 引用類(lèi)型僅僅是復(fù)制了一下引用，copy和原型引用的東西是一樣的。 這個(gè)就是所謂的淺copy了。 要實(shí)現(xiàn)深copy，即復(fù)制原型中對(duì)象的內(nèi)存copy，而不僅僅是一個(gè)引用。只有自己動(dòng)手了。 等等，是不是所有的引用類(lèi)型都需要深copy呢？ 不是！ 我們之所以要深copy，是因?yàn)槟J(rèn)的實(shí)現(xiàn)提供的淺copy不是隔離的，換言之，改變copy的東西，會(huì)影響到原型的內(nèi)部。比如例子中，改變copy的user的name，影響了原型。 如果我們要copy的類(lèi)是不可變的呢，如String，沒(méi)有方法可以改變它的內(nèi)部狀態(tài)呢。 class User implements Cloneable { String name; int age; @Override public Object clone() throws CloneNotSupportedException { return super.clone(); } } // user. User user = new User(); user.name = "user"; user.age = 20; // copy User copy = (User) user.clone(); // age因?yàn)槭莗rimitive，所以copy和原型是相等且獨(dú)立的。 Assert.assertEquals(copy.age, user.age); copy.age = 30; // 改變copy不影響原型。 Assert.assertTrue(copy.age != user.age); // name因?yàn)槭且妙?lèi)型，所以copy和原型的引用是同一的。 Assert.assertTrue(copy.name == user.name); // String為不可變類(lèi)。沒(méi)有辦法可以通過(guò)對(duì)copy.name的字符串的操作改變這個(gè)字符串。 // 改變引用新的對(duì)象不會(huì)影響原型。 copy.name = "newname"; Assert.assertEquals("newname", copy.name); Assert.assertEquals("user", user.name);可見(jiàn)，在考慮clone時(shí)，primitive和不可變對(duì)象類(lèi)型是可以同等對(duì)待的。 java為什么如此實(shí)現(xiàn)clone呢？ 也許有以下考慮。 1 效率和簡(jiǎn)單性，簡(jiǎn)單的copy一個(gè)對(duì)象在堆上的的內(nèi)存比遍歷一個(gè)對(duì)象網(wǎng)然后內(nèi)存深copy明顯效率高并且簡(jiǎn)單。 2 不給別的類(lèi)強(qiáng)加意義。如果A實(shí)現(xiàn)了Cloneable，同時(shí)有一個(gè)引用指向B，如果直接復(fù)制內(nèi)存進(jìn)行深copy的話(huà)，意味著B(niǎo)在意義上也是支持Clone的，但是這個(gè)是在使用B的A中做的，B甚至都不知道。破壞了B原有的接口。 3 有可能破壞語(yǔ)義。如果A實(shí)現(xiàn)了Cloneable，同時(shí)有一個(gè)引用指向B，該B實(shí)現(xiàn)為單例模式，如果直接復(fù)制內(nèi)存進(jìn)行深copy的話(huà)，破壞了B的單例模式。 4 方便且更靈活，如果A引用一個(gè)不可變對(duì)象，則內(nèi)存deep copy是一種浪費(fèi)。Shadow copy給了程序員更好的靈活性。 如何clone clone三部曲。 1 聲明實(shí)現(xiàn)Cloneable接口。 2 調(diào)用super.clone拿到一個(gè)對(duì)象，如果父類(lèi)的clone實(shí)現(xiàn)沒(méi)有問(wèn)題的話(huà)，在該對(duì)象的內(nèi)存存儲(chǔ)中，所有父類(lèi)定義的field都已經(jīng)clone好了，該類(lèi)中的primitive和不可變類(lèi)型引用也克隆好了，可變類(lèi)型引用都是淺copy。 3 把淺copy的引用指向原型對(duì)象新的克隆體。 給個(gè)例子。 class User implements Cloneable { String name; int age; @Override public User clone() throws CloneNotSupportedException { return (User) super.clone(); } } class Account implements Cloneable { User user; long balance; @Override public Account clone() throws CloneNotSupportedException { Account account = null; account = (Account) super.clone(); if (user != null) { account.user = user.clone(); } return account; } }
對(duì)clone的態(tài)度 clone嘛，我覺(jué)得是個(gè)好東西，畢竟系統(tǒng)默認(rèn)實(shí)現(xiàn)已經(jīng)幫我們做了很多事情了。 但是它也是有缺點(diǎn)的。 1 手工維護(hù)clone的調(diào)用鏈。這個(gè)問(wèn)題不大，程序員有責(zé)任做好。 2 如果class的field是個(gè)final的可變類(lèi)，就不行了。三部曲的第三步?jīng)]有辦法做了。 考慮一個(gè)類(lèi)對(duì)clone的態(tài)度，有如下幾種。 1 公開(kāi)支持：好吧，按照clone三部曲實(shí)現(xiàn)吧。前提是父類(lèi)支持（公開(kāi)或者默默）。 2 默默支持：不實(shí)現(xiàn)Cloneable接口，但是在類(lèi)里面有正確的protected的clone實(shí)現(xiàn)，這樣，該類(lèi)不支持clone，但是它的子類(lèi)如果想支持的話(huà)也不妨礙。 3 不支持：好吧，為了明確該目的，提供一個(gè)拋CloneNotSupportedException 異常的protected的clone實(shí)現(xiàn)。 4 看情況支持：該類(lèi)內(nèi)部可以保存其他類(lèi)的實(shí)例，如果其他類(lèi)支持則該類(lèi)支持，如果其他類(lèi)不支持，該類(lèi)沒(méi)有辦法，只有不支持。 其他的選擇 可以用原型構(gòu)造函數(shù)，或者靜態(tài)copy方法來(lái)手工制作一個(gè)對(duì)象的copy。 好處是即使class的field為final，也不會(huì)影響該方法的使用。不好的地方是所有的primitive賦值都得自己維護(hù)。 和Serializable的比較 使用Serializable同樣可以做到對(duì)象的clone。但是： Cloneable本身就是為clone設(shè)計(jì)的，雖然有一些缺點(diǎn)，但是如果它可以clone的話(huà)無(wú)疑用它來(lái)做clone比較合適。如果不行的話(huà)用原型構(gòu)造函數(shù)，或者靜態(tài)copy方法也可以。 Serializable制作clone的話(huà)，添加了太多其它的東西，增加了復(fù)雜性。 1 所有的相關(guān)的類(lèi)都得支持Serializable。這個(gè)相比支持Cloneable只會(huì)工作量更大 2 Serializable添加了更多的意義，除了提供一個(gè)方法用Serializable制作Clone，該類(lèi)等于也添加了其它的public API，如果一個(gè)類(lèi)實(shí)現(xiàn)了Serializable，等于它的2進(jìn)制形式就已經(jīng)是其API的一部分了，不便于該類(lèi)以后內(nèi)部的改動(dòng)。 3 當(dāng)類(lèi)用Serializable來(lái)實(shí)現(xiàn)clone時(shí)，用戶(hù)如果保存了一個(gè)老版本的對(duì)象2進(jìn)制，該類(lèi)升級(jí)，用戶(hù)用新版本的類(lèi)反系列化該對(duì)象，再調(diào)用該對(duì)象用Serializable實(shí)現(xiàn)的clone。這里為了一個(gè)clone的方法又引入了類(lèi)版本兼容性的問(wèn)題。不劃算。 性能 不可否認(rèn)，JVM越來(lái)越快了。 但是系統(tǒng)默認(rèn)的native實(shí)現(xiàn)還是挺快的。 clone一個(gè)有100個(gè)元素的int數(shù)組，用系統(tǒng)默認(rèn)的clone比靜態(tài)copy方法快2倍左右。