探讨java深拷贝

2019-11-26 14:34:40

字体：大中小

来源：转载

供稿：网友

本文将讨论以下4个问题

    1. java Cloneable接口实现深拷贝
    2. java 序列化实现深拷贝
    3. 号称最快的深拷贝二方库cloning源码分析
    4. 几种拷贝方式速度的比较

深拷贝的概念本文就不说了。在C++中实现深拷贝一般情况下重载赋值操作符 “=” 来实现同一个类的对象间的深拷贝，所以很自然的在java中我们也同样可以定义一个copy函数，在函数内部为对象的每一个属性作赋值操作。这种方式简单自然，但存在一个致命性的问题：如果有一天在类中新增加了一个需要深拷贝的属性，那么相应的copy函数也得进行修改，这种方法给类的可扩展性带来了极大的不方便。怎么解决这种问题，且看接下来的1、2、3章节的实现方式和4节的速度测试。
1. java Cloneable接口实现深拷贝
这种方式，需要类实现Colneable接口 clone 函数，在clone函数中调用super.clone。这种方式的深拷贝同样会带来另一个问题，如果类中有其他类的对象作为属性，则其他的类也需要重载并实现Cloneable接口。来一个例子，在下例中ComplexDO中包含了SimpleDO对象，要实现ComplexDO深拷贝，则需要先实现SimpleDO的clone接口：

public class SimpleDO implements Cloneable, Serializable {    private int x = 1;    private String s = "simpleDO";    @Override    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {      SimpleDO newClass = (SimpleDO)super.clone();      return newClass;    }  }  public class ComplexDO implements Cloneable, Serializable {    private int x = 1;    private String s = "complex";    private Integer a = 123;    private Integer b = 1234;    private Integer c = 1334455;    private String s2 = "hehehe";    private String s3 = "hahahaha";    private Long id = 1233245L;    private ArrayList<SimpleDO> l = new ArrayList<SimpleDO>();    @Override    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {      ComplexDO newClass = (ComplexDO) super.clone();      newClass.l = new ArrayList<SimpleDO>();      for (SimpleDO simple : this.l) {        newClass.l.add((SimpleDO) simple.clone());      }      return newClass;    }  }

需要注意的是很多文章说String类型的对象赋值操作符是深拷贝，但是其实在java中使用赋值操作符的都属于浅拷贝，但为什么这么明显的错误这么多的文章会非要说这个是深拷贝呢？我的理解是String、类型的属性都是基本类型，而且提供的方法只要是设计到内部数据的变动都会new一个新的对象出来。所以一个String的操作不会影响到其原先指向的内存。所以一般说String等基础类的赋值操作为深拷贝。
由于这个原因，在使用String字符串拼接的时候，需要开辟新的内存，所以很多人建议用StringBuilder来代替String来做拼接，因为StringBuilder只有在内置的char数组范围不够的时候才重新申请更大的内存(对于现代JVM，会对代码调优，String+String会被优化成StringBuilder.append的相类似的指令)。与拼接相对的裁剪，在String有个subString函数，当使用subString函数时，新String的内部char数组和原String是否相同？这个比较有意思，感兴趣的可以对比看看JDK1.6和JKD1.7的实现。
2. java 序列化实现深拷贝
这种方式的原理是利用java序列化，将一个对象序列化成二进制字节流，然后对该字节流反序列化赋值给一个对象。代码示例：

  public Object seirCopy(Object src) {    try {      ByteArrayOutputStream byteOut = new ByteArrayOutputStream();      ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(byteOut);      out.writeObject(src);      ByteArrayInputStream byteIn = new ByteArrayInputStream(byteOut.toByteArray());      ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(byteIn);      Object dest = in.readObject();      return dest;    } catch (Exception e) {      //do some error handler      return null;    } }

当然，也可以选用json等序列化的库来完成序列化，这种方式有效的规避了Cloneabel接口的可扩展缺点，一个函数就可以基本上适用于所有的类.缺点是相对内存拷贝，序列化需要先将对象转换成二进制字节流，然后反序列化将该二进制字节流重新拷贝到一块对象内存，相对慢点。
3. 号称最快的深拷贝二方库cloning源码分析
在源码中，核心的处理逻辑在Cloner类中，
分两条递归链路：

（1）deepClone->cloneInternal->fastClone->cloneInternal
（2）deepClone->cloneInternal->cloneObject->cloneInternal

在（1）中fastClone完成的是继承自IfastCloner接口类的对象，即都是些集合操作的拷贝；
在（2）中cloneObject完成的是通过反射机制拿到普通对象的每一个属性，然后对使用Objenesis新生成对象的属性赋值。
这种方式可扩展性强，不仅可以依靠其现有的代码完成深拷贝，还可以自己定义一些克隆的方式和不需要克隆的类型，灵活性强。
4. 几种拷贝方式速度的比较
上述3中模式都可以完成深拷贝，那种拷贝的方式速度最快是我们所关心的。
先上测试代码：

  public void testCloneComplex() throws CloneNotSupportedException {    final int copyCount = 1;    List<ComplexDO> complexDOList = new ArrayList<ComplexDO>(copyCount * 3);    final ComplexDO complex = new ComplexDO();    //调用二方库    long start = System.currentTimeMillis();    for(int i = 0; i < copyCount; ++i) {      final ComplexDO deepClone = cloner.deepClone(complex);      complexDOList.add(deepClone);    }    long end = System.currentTimeMillis();    System.out.println("deepClone cost time=" + (end-start));    //调用Cloneable接口实现的clone函数    start = System.currentTimeMillis();    for(int i = 0; i < copyCount; ++i) {      final ComplexDO interfaceClone = (ComplexDO) complex.clone();      complexDOList.add(interfaceClone);    }    end = System.currentTimeMillis();    System.out.println("interfaceClone cost time=" + (end-start));    //序列化与反序列化生成新对象    start = System.currentTimeMillis();    for(int i = 0; i < copyCount; ++i) {      final ComplexDO seirClone = seirCopy(complex);      complexDOList.add(seirClone);    }    end = System.currentTimeMillis();    System.out.println("seirClone cost time=" + (end-start));  }