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Java 深浅拷贝和原型模式

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导读：本篇文章讲解 Java 深浅拷贝和原型模式，希望对大家有帮助，欢迎收藏，转发！站点地址：www.bmabk.com

前言：

本来是在学习原型模式的，后来发现它就是一个拷贝，然后就去研究了下深浅拷贝以及它们的实现，这里不说大道理，尽量通俗易懂地把它们都讲清楚。

1.引入

问：java 对象拷贝的意义何在？为啥要拷贝？
答：因为懒，不想实例化一个，所以拷贝生成一个新的对象

现实实例：
本科学习的时候有很多课程是讲 ppt 进行考核的，有些人忙（其实嘛…）没做 ppt，所以就会拷贝一份室友（室长）的；A室友拷贝了一份 ppt 就放在室长电脑里面同一个目录下，改了些个人信息，并把 ppt 链接的素材裁剪了一番；B室友把 ppt 和素材都拷贝到自己电脑上了，然后对链接的素材修剪了一番。

  1. 上面例子的拷贝就是此次博客说的拷贝
  2. 浅拷贝：A室友修改素材的操作会影响到室长吗？当然会，室长讲 ppt 打开素材的时候内心一定会想，猪…队友；B室友的动作就是浅拷贝，修改了 ppt 本身的属性是可以的，但修改其链接素材会同步改变室长 ppt 的链接素材。
  3. 深拷贝：B室友的拷贝 ppt 就是深拷贝，和室长的 ppt 可以独立修改，互不影响。
2.浅拷贝的实现

本质上使用的是 java 自带的 clone() 方法
这里举一个例子，Book类（课本），Subject类（课程）包含Book

Book类

public class Book {

    private String bookName;
    private int page;

    public Book(String bookName, int page) {
        this.bookName = bookName;
        this.page = page;
    }

    public String getBookName() {
        return bookName;
    }

    public int getPage() {
        return page;
    }

    public void setBookName(String bookName) {
        this.bookName = bookName;
    }

    public void setPage(int page) {
        this.page = page;
    }

}

Subject类，需要实现 Cloneable 接口的 clone()方法才能被拷贝

public class Subject implements Cloneable {
    private Book book;
    private String subjectName;

    public Book getBook() {
        return book;
    }

    public void setBook(Book book) {
        this.book = book;
    }

    public String getSubjectName() {
        return subjectName;
    }

    public void setSubjectName(String subjectName) {
        this.subjectName = subjectName;
    }

    @Override
    public Object clone() {
        try {
            return super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

}

测试

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Subject music = new Subject();
        music.setBook(new Book("五线谱", 50));
        music.setSubjectName("音乐课");

        Subject sports = (Subject) music.clone();
        sports.setSubjectName("体育课");
        sports.getBook().setBookName("体操讲义");

        //验证浅拷贝
        System.out.print("课程名：" + sports.getSubjectName() + ",");
        System.out.println("课本名：" + sports.getBook().getBookName());
        System.out.print("课程名：" + music.getSubjectName() + ",");
        System.out.println("课本名：" + music.getBook().getBookName());
    }

}

打印结果：

课程名：体育课,课本名：体操讲义
课程名：音乐课,课本名：体操讲义

解析：
这边最初实例化一个“音乐课”的课程，并给了一本“五线谱”的书，在此基础上，拷贝产生了一个新对象，并修改课程名称为“体育课”，修改课本为“体操讲义”；把他们打印出来就会发现，课程名（subjectName）改变后相互不影响，课本（book）做了同步修改，浅拷贝就是这种情况，当然这种在生产上也有很大用处。

3.所有类都实现自身拷贝的深拷贝方式

2 中的例子是 Subject 实现拷贝本身，如果Subject 的拷贝方法把 Book 的拷贝也实现是不是可以实现深拷贝？答案是可以的，但是 Book 也需要实现自身的拷贝函数，eg：

public class Book implements Cloneable {

    private String bookName;
    private int page;

    public Book(String bookName, int page) {
        this.bookName = bookName;
        this.page = page;
    }

    public String getBookName() {
        return bookName;
    }

    public int getPage() {
        return page;
    }

    public void setBookName(String bookName) {
        this.bookName = bookName;
    }

    public void setPage(int page) {
        this.page = page;
    }

    @Override
    public Object clone() {
        try {
            return super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

}



public class Subject implements Cloneable {
    private Book book;
    private String subjectName;

    public Book getBook() {
        return book;
    }

    public void setBook(Book book) {
        this.book = book;
    }

    public String getSubjectName() {
        return subjectName;
    }

    public void setSubjectName(String subjectName) {
        this.subjectName = subjectName;
    }

    @Override
    public Object clone() {
        try {
            Subject subject = (Subject) super.clone();
            subject.setBook((Book) book.clone());   // 调用Book 的拷贝方法拷贝 Book
            return subject;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

}

测试：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Subject music = new Subject();
        music.setBook(new Book("五线谱", 50));
        music.setSubjectName("音乐课");

        Subject sports = (Subject) music.clone();
        sports.setSubjectName("体育课");
        sports.getBook().setBookName("体操讲义");

        //验证浅拷贝
        System.out.print("课程名：" + sports.getSubjectName() + ",");
        System.out.println("课本名：" + sports.getBook().getBookName());
        System.out.print("课程名：" + music.getSubjectName() + ",");
        System.out.println("课本名：" + music.getBook().getBookName());

    }

}

结果：

课程名：体育课,课本名：体操讲义
课程名：音乐课,课本名：五线谱

保证了互不影响

4.序列化实现深拷贝

上述3的方式把每个类都实现自身拷贝的方法有点麻烦，有简单的吗？有，序列化实现拷贝，只需要类都实现接口声明就行了，不需要写实现方法，如下
不建议把序列化方法写成类成员函数，通用性太差，建议写成模板类方法，可以实现复用

import java.io.*;

public class SerializedClone {

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public static <X extends Serializable> X clone(X obj) {
        X cloneObj = null;
        try {
            //写入字节流
            ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream obs = new ObjectOutputStream(out);
            obs.writeObject(obj);
            obs.close();

            //分配内存，写入原始对象，生成新对象
            ByteArrayInputStream ios = new ByteArrayInputStream(out.toByteArray());
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(ios);
            //返回生成的新对象
            cloneObj = (X) ois.readObject();
            ois.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return cloneObj;
    }
}

还是那两个类 Book 和 Subject，只需要声明接口 Serializable 就行，不需要方法实现（Cloneable 需要实现 clone() 方法）

public class Book implements Serializable {
    private String bookName;
    private int page;

    public Book(String bookName, int page) {
        this.bookName = bookName;
        this.page = page;
    }

    public String getBookName() {
        return bookName;
    }

    public int getPage() {
        return page;
    }

    public void setBookName(String bookName) {
        this.bookName = bookName;
    }

    public void setPage(int page) {
        this.page = page;
    }
}



public class Subject implements Serializable {

    private Book book;
    private String subjectName;

    public Book getBook() {
        return book;
    }

    public void setBook(Book book) {
        this.book = book;
    }

    public String getSubjectName() {
        return subjectName;
    }

    public void setSubjectName(String subjectName) {
        this.subjectName = subjectName;
    }

}

测试：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        Subject chemistry = new Subject();
        chemistry.setBook(new Book("火药制造", 50));
        chemistry.setSubjectName("化学课");

        Subject physics = SerializedClone.clone(chemistry);
        physics.setSubjectName("物理课");
        physics.getBook().setBookName("穿墙讲义");

        //验证深拷贝
        System.out.print("课程名：" + chemistry.getSubjectName() + ",");
        System.out.println("课本名：" + chemistry.getBook().getBookName());
        System.out.print("课程名：" + physics.getSubjectName() + ",");
        System.out.println("课本名：" + physics.getBook().getBookName());
    }
}

结果：

课程名：化学课,课本名：火药制造
课程名：物理课,课本名：穿墙讲义

可以发现，序列化实现深拷贝更简单

5.其它方式

还有一种反射的方式实现拷贝，实现起来稍微麻烦，有兴趣可以研究

另：上述例子在处理 exception 的时候返回 null，这种方式不好，最好是抛出异常让调用进行处理，例子只是为了调试方便才这么用。

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