疯狂java


您现在的位置: 疯狂软件 >> 新闻资讯 >> 正文

深入理解java中的clone


 

        目录

  预备知识

  为什么要clone

  Object的clone以及为什么如此实现

  如何clone

  对clone的态度

  其他的选择

  和Serializable的比较

  性能

  预备知识

  为了理解java的clone,有必要先温习以下的知识。

  java的类型,java的类型分为两大类,一类为primitive,如int,另一类为引用类型,如String,Object等等。

  java引用类型的存储,java的引用类型都是存储在堆上的。

  Java代码

  public class B {

  int a;

  String b;

  public B(int a, String b) {

  super();

  this.a = a;

  this.b = b;

  }

  }

  对这样一个引用类型的实例,我们可以推测,在堆上它的内存存储形式(除去指向class的引用,锁的管理等等内务事务所占内存),应该有一个int值表示a,以及一个引用,该引用指向b在堆上的存储空间。

  为什么要clone

  恩,因为需要。废话。

  有名的GoF设计模式里有一个模式为原型模式,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copy和原有的对象一模一样。

  插一个简单使用clone的例子,如果一个对象内部有可变对象实例的话,public API不应该直接返回该对象的引用,以防调用方的code改变该对象的内部状态。这个时候可以返回该对象的clone。

  问题来了,什么叫一模一样。

  一般来说,有

  x.clone() != x

  x.clone().getClass() == x.getClass()

  x.clone().equals(x)

  但是这些都不是强制的。

  我们需要什么样的clone就搞出什么样的clone好了。

  一般而言,我们要的clone应该是这样的。copy和原型的内容一样,但是又是彼此隔离的。即在clone之后,改变其中一个不影响另外一个。

  Object的clone以及为什么如此实现

  Object的clone的行为是最简单的。以堆上的内存存储解释的话(不计内务内存),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。

  看例子。

  Java代码

  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因为是primitive,所以copy和原型是相等且独立的。

  Assert.assertEquals(copy.balance, account.balance);

  copy.balance = 20000;

  // 改变copy不影响原型。

  Assert.assertTrue(copy.balance != account.balance);

  // user因为是引用类型,所以copy和原型的引用是同一的。

  Assert.assertTrue(copy.user == account.user);

  copy.user.name = "newName";

  // 改变的是同一个东西。

  Assert.assertEquals("newName", account.user.name);

  恩,默认实现是帮了我们一些忙,但是不是全部。

  primitive的确做到了相等且隔离。

  引用类型仅仅是复制了一下引用,copy和原型引用的东西是一样的。

  这个就是所谓的浅copy了。

  要实现深copy,即复制原型中对象的内存copy,而不仅仅是一个引用。只有自己动手了。

  等等,是不是所有的引用类型都需要深copy呢?

  不是!

  我们之所以要深copy,是因为默认的实现提供的浅copy不是隔离的,换言之,改变copy的东西,会影响到原型的内部。比如例子中,改变copy的user的name,影响了原型。

  如果我们要copy的类是不可变的呢,如String,没有方法可以改变它的内部状态呢。

  Java代码

  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因为是primitive,所以copy和原型是相等且独立的。

  Assert.assertEquals(copy.age, user.age);

  copy.age = 30;

  // 改变copy不影响原型。

  Assert.assertTrue(copy.age != user.age);

  // name因为是引用类型,所以copy和原型的引用是同一的。

  Assert.assertTrue(copy.name == user.name);

  // String为不可变类。没有办法可以通过对copy.name的字符串的操作改变这个字符串。

  // 改变引用新的对象不会影响原型。

  copy.name = "newname";

  Assert.assertEquals("newname", copy.name);

  Assert.assertEquals("user", user.name);

  可见,在考虑clone时,primitive和不可变对象类型是可以同等对待的。

  java为什么如此实现clone呢?

  也许有以下考虑。

  1 效率和简单性,简单的copy一个对象在堆上的的内存比遍历一个对象网然后内存深copy明显效率高并且简单。

  2 不给别的类强加意义。如果A实现了Cloneable,同时有一个引用指向B,如果直接复制内存进行深copy的话,意味着B在意义上也是支持Clone的,但是这个是在使用B的A中做的,B甚至都不知道。破坏了B原有的接口。

  3 有可能破坏语义。如果A实现了Cloneable,同时有一个引用指向B,该B实现为单例模式,如果直接复制内存进行深copy的话,破坏了B的单例模式。

  4 方便且更灵活,如果A引用一个不可变对象,则内存deep copy是一种浪费。Shadow copy给了程序员更好的灵活性。

  如何clone

  clone三部曲。

  1 声明实现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field都已经clone好了,该类中的primitive和不可变类型引用也克隆好了,可变类型引用都是浅copy。

  3 把浅copy的引用指向原型对象新的克隆体。

  给个例子。

  Java代码

  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;

  }

  }

  对clone的态度

  clone嘛,我觉得是个好东西,毕竟系统默认实现已经帮我们做了很多事情了。

  但是它也是有缺点的。

  1 手工维护clone的调用链。这个问题不大,程序员有责任做好。

  2 如果class的field是个final的可变类,就不行了。三部曲的第三步没有办法做了。

  考虑一个类对clone的态度,有如下几种。

  1 公开支持:好吧,按照clone三部曲实现吧。前提是父类支持(公开或者默默)。

  2 默默支持:不实现Cloneable接口,但是在类里面有正确的protected的clone实现,这样,该类不支持clone,但是它的子类如果想支持的话也不妨碍。

  3 不支持:好吧,为了明确该目的,提供一个抛CloneNotSupportedException 异常的protected的clone实现。

  4 看情况支持:该类内部可以保存其他类的实例,如果其他类支持则该类支持,如果其他类不支持,该类没有办法,只有不支持。

  其他的选择

  可以用原型构造函数,或者静态copy方法来手工制作一个对象的copy。

  好处是即使class的field为final,也不会影响该方法的使用。不好的地方是所有的primitive赋值都得自己维护。

  和Serializable的比较

  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,但是如果它可以clone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。

  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。这个相比支持Cloneable只会工作量更大

  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2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 当类用Serializable来实现clone时,用户如果保存了一个老版本的对象2进制,该类升级,用户用新版本的类反系列化该对象,再调用该对象用Serializable实现的clone。这里为了一个clone的方法又引入了类版本兼容性的问题。不划算。

  性能

  不可否认,JVM越来越快了。

  但是系统默认的native实现还是挺快的。

  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。