死磕Java面试系列：深拷贝与浅拷贝的实现原理
深拷贝与浅拷贝的问题，也是面试中的常客。虽然大家都知道两者表现形式不同点在哪里，但是很少去深究其底层原理，也不知道怎么才能优雅的实现一个深拷贝。其实工作中也常常需要实现深拷贝，今天一灯就带大家一块深入剖析一下深拷贝与浅拷贝的实现原理，并手把手教你怎么优雅的实现深拷贝。
深拷贝与浅拷贝的问题，也是面试中的常客。虽然大家都知道两者表现形式不同点在哪里，但是很少去深究其底层原理，也不知道怎么才能优雅的实现一个深拷贝。其实工作中也常常需要实现深拷贝，今天一灯就带大家一块深入剖析一下深拷贝与浅拷贝的实现原理，并手把手教你怎么优雅的实现深拷贝。
1. 什么是深拷贝与浅拷贝
浅拷贝： 只拷贝栈内存中的数据，不拷贝堆内存中数据。
深拷贝： 既拷贝栈内存中的数据，又拷贝堆内存中的数据。
2. 浅拷贝的实现原理
由于浅拷贝只拷贝了栈内存中数据，栈内存中存储的都是基本数据类型，堆内存中存储了数组、引用数据类型等。
使用代码验证一下：
想要实现clone功能，需要实现 Cloneable 接口，并重写 clone 方法。
- 先创建一个用户类
// 用户的实体类，用作验证
public class User implements Cloneable {
private String name;
// 每个用户都有一个工作
private Job job;
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public Job getJob() {
return job;
}
public void setJob(Job job) {
this.job = job;
}
@Override
public User clone() throws CloneNotSupportedException {
User user = (User) super.clone();
return user;
}
}
- 再创建一个工作类
// 工作的实体类，并没有实现Cloneable接口
public class Job {
private String content;
public String getContent() {
return content;
}
public void setContent(String content) {
this.content = content;
}
}
- 测试浅拷贝
/**
* @author 一灯架构
* @apiNote Java浅拷贝示例
**/
public class Demo {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
// 1. 创建用户对象，{"name":"一灯架构","job":{"content":"开发"}}
User user1 = new User();
user1.setName("一灯架构");
Job job1 = new Job();
job1.setContent("开发");
user1.setJob(job1);
// 2. 拷贝用户对象，name修改为"张三"，工作内容修改"测试"
User user2 = user1.clone();
user2.setName("张三");
Job job2 = user2.getJob();
job2.setContent("测试");
// 3. 输出结果
System.out.println("user原对象= " + user1);
System.out.println("user拷贝对象= " + user2);
}
}
输出结果：
user原对象= {"name":"一灯架构","job":{"content":"测试"}}
user拷贝对象= {"name":"张三","job":{"content":"测试"}}
从结果中可以看出，对象拷贝把name修改为”张三“，原对象并没有变，name是String类型，是基本数据类型，存储在栈内存中。对象拷贝了一份新的栈内存数据，修改并不会影响原对象。
然后对象拷贝把Job中content修改为”测试“，原对象也跟着变了，原因是Job是引用类型，存储在堆内存中。对象拷贝和原对象指向的同一个堆内存的地址，所以修改会影响到原对象。
3. 深拷贝的实现原理
深拷贝是既拷贝栈内存中的数据，又拷贝堆内存中的数据。
实现深拷贝有很多种方法，下面就详细讲解一下，看使用哪种方式更方便快捷。
3.1 实现Cloneable接口
通过实现Cloneable接口来实现深拷贝是最常见的。
想要实现clone功能，需要实现Cloneable接口，并重写clone方法。
- 先创建一个用户类
// 用户的实体类，用作验证
public class User implements Cloneable {
private String name;
// 每个用户都有一个工作
private Job job;
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public Job getJob() {
return job;
}
public void setJob(Job job) {
this.job = job;
}
@Override
public User clone() throws CloneNotSupportedException {
User user = (User) super.clone();
// User对象中所有引用类型属性都要执行clone方法
user.setJob(user.getJob().clone());
return user;
}
}
- 再创建一个工作类
// 工作的实体类，需要实现Cloneable接口
public class Job implements Cloneable {
private String content;
public String getContent() {
return content;
}
public void setContent(String content) {
this.content = content;
}
@Override
protected Job clone() throws CloneNotSupportedException {
return (Job) super.clone();
}
}
- 测试浅拷贝
/**
* @author 一灯架构
* @apiNote Java深拷贝示例
**/
public class Demo {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
// 1. 创建用户对象，{"name":"一灯架构","job":{"content":"开发"}}
User user1 = new User();
user1.setName("一灯架构");
Job job1 = new Job();
job1.setContent("开发");
user1.setJob(job1);
// 2. 拷贝用户对象，name修改为"张三"，工作内容修改"测试"
User user2 = user1.clone();
user2.setName("张三");
Job job2 = user2.getJob();
job2.setContent("测试");
// 3. 输出结果
System.out.println("user原对象= " + user1);
System.out.println("user拷贝对象= " + user2);
}
}
输出结果：
user原对象= {"name":"一灯架构","job":{"content":"开发"}}
user拷贝对象= {"name":"张三","job":{"content":"测试"}}
从结果中可以看出，user拷贝对象修改了name属性和Job对象中内容，都没有影响到原对象，实现了深拷贝。
通过实现Cloneable接口的方式来实现深拷贝，是Java中最常见的实现方式。
缺点是： 比较麻烦，需要所有实体类都实现Cloneable接口，并重写clone方法。如果实体类中新增了一个引用对象类型的属性，还需要添加到clone方法中。如果继任者忘了修改clone方法，相当于挖了一个坑。
3.2 使用JSON字符串转换
实现方式就是：
- 先把user对象转换成json字符串
- 再把json字符串转换成user对象
这是个偏方，但是偏方治大病，使用起来非常方便，一行代码即可实现。
下面使用fastjson实现，使用Gson、Jackson也是一样的：
import com.alibaba.fastjson.JSON;
/**
* @author 一灯架构
* @apiNote Java深拷贝示例
**/
public class Demo {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
// 1. 创建用户对象，{"name":"一灯架构","job":{"content":"开发"}}
User user1 = new User();
user1.setName("一灯架构");
Job job1 = new Job();
job1.setContent("开发");
user1.setJob(job1);
//// 2. 拷贝用户对象，name修改为"张三"，工作内容修改"测试"
User user2 = JSON.parseObject(JSON.toJSONString(user1), User.class);
user2.setName("张三");
Job job2 = user2.getJob();
job2.setContent("测试");
// 3. 输出结果
System.out.println("user原对象= " + JSON.toJSONString(user1));
System.out.println("user拷贝对象= " + JSON.toJSONString(user2));
}
}
输出结果：
user原对象= {"name":"一灯架构","job":{"content":"开发"}}
user拷贝对象= {"name":"张三","job":{"content":"测试"}}
从结果中可以看出，user拷贝对象修改了name属性和Job对象中内容，并没有影响到原对象，实现了深拷贝。
3.3 集合实现深拷贝
再说一下Java集合怎么实现深拷贝？
其实非常简单，只需要初始化新对象的时候，把原对象传入到新对象的构造方法中即可。
以最常用的ArrayList为例：
/**
* @author 一灯架构
* @apiNote Java深拷贝示例
**/
public class Demo {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
// 1. 创建原对象
List<User> userList = new ArrayList<>();
// 2. 创建深拷贝对象
List<User> userCopyList = new ArrayList<>(userList);
}
}
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