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。

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。

1. 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;
    }
}

2. 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;
    }
}

3. 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。

1. 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;
    }
}

2. 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();
    }
}

3. 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：

1. 先把user对象转换成json字符串
2. 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 userList = new ArrayList<>();

        // 2. 创建深拷贝对象
        List userCopyList = new ArrayList<>(userList);
    }

}

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