面试题：图解深克隆和浅克隆

获得好工作的秘密：有效的准备面试。

在开始之前，我们先来看以下代码存在什么问题？

1. class CloneTest {

2. public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

3. // 等号赋值（ 基本类型）

4. int number = 6;

5. int number2 = number;

6. // 修改 number2 的值

7. number2 = 9;

8. System.out.println("number：" + number);

9. System.out.println("number2：" + number2);

10. // 等号赋值（对象）

11. Dog dog = new Dog();

12. dog.name = "旺财";

13. dog.age = 5;

14. Dog dog2 = dog;

15. // 修改 dog2 的值

16. dog2.name = "大黄";

17. dog2.age = 3;

18. System.out.println(dog.name + "，" + dog.age + "岁");

19. System.out.println(dog2.name + "，" + dog2.age + "岁");

20. }

21. }

程序执行结果：

1. number：6

2. number2：9

3. 大黄，3岁

4. 大黄，3岁

可以看出，如果使用等号复制时，对于值类型来说，彼此之间的修改操作是相对独立的，而对于引用类型来说，因为复制的是引用对象的内存地址，所以修改其中一个值，另一个值也会跟着变化，原理如下图所示：因此为了防止这种问题的发生，就要使用对象克隆来解决引用类型复制的问题。

1）浅克隆

默认的 clone() 方法，为浅克隆，代码如下：

1. class CloneTest {

2. public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

3. Dog dog = new Dog();

4. dog.name = "旺财";

5. dog.age = 5;

6. // 克隆

7. Dog dog3 = (Dog) dog.clone();

8. dog3.name = "小白";

9. dog3.age = 2;

10. System.out.println(dog.name + "，" + dog.age + "岁");

11. System.out.println(dog3.name + "，" + dog3.age + "岁");

12. }

13. }

14. class Dog implements Cloneable {

15. public String name;

16. public int age;

17. @Override

18. protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

19. return super.clone();

20. }

21. }

程序执行结果：

1. 旺财，5岁

2. 小白，2岁

可以看出使用克隆就可以解决引用类型复制的问题了，原理如下图所示：以上这种复制方式叫做浅克隆。浅克隆的实现条件：需要克隆的对象必须实现 Cloneable 接口，并重写 clone() 方法，即可实现对此对象的克隆。然而使用浅克隆也会存在一个问题，请参考以下代码。

1. class CloneTest {

2. public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

3. DogChild dogChild = new DogChild();

4. dogChild.name = "二狗";

5. Dog dog4 = new Dog();

6. dog4.name = "大黄";

7. dog4.dogChild = dogChild;

8. Dog dog5 = (Dog) dog4.clone();

9. dog5.name = "旺财";

10. dog5.dogChild.name = "狗二";

11. System.out.println("dog name 4："+dog4.name);

12. System.out.println("dog name 5："+dog5.name);

13. System.out.println("dog child name 4："+dog4.dogChild.name);

14. System.out.println("dog child name 5："+dog5.dogChild.name);

15. }

16. }

17. class Dog implements Cloneable {

18. public String name;

19. public DogChild dogChild;

20. @Override

21. protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

22. return super.clone();

23. }

24. }

25. class DogChild {

26. public String name;

27. }

程序执行结果：

1. dog name 4：大黄

2. dog name 5：旺财

3. dog child name 4：狗二

4. dog child name 5：狗二

也就是说浅克隆，只会复制对象的值类型，而不会复制对象的引用类型。原因如下图所示：要处理引用类型不被复制的问题，就要使用到深克隆。

2）深克隆

定义：深克隆就是复制整个对象信息，包含值类型和引用类型。深克隆的实现方式通常包含以下两种。

• 序列化实现深克隆：先将原对象序列化到内存的字节流中，再从字节流中反序列化出刚刚存储的对象，这个新对象和原对象就不存在任何地址上的共享，这样就实现了深克隆。

• 所有引用类型都实现克隆：要复制对象的所有引用类型都要实现克隆，所有对象都是复制的新对象，从而实现了深克隆。

深克隆实现方式一：序列化

实现思路：先将要拷贝对象写入到内存中的字节流中，然后再从这个字节流中读出刚刚存储的信息，作为一个新对象返回，那么这个新对象和原对象就不存在任何地址上的共享，自然实现了深拷贝。请参考以下代码：

1. class CloneTest {

2. public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

3. BirdChild birdChild = new BirdChild();

4. birdChild.name = "小小鸟";

5. Bird bird = new Bird();

6. bird.name = "小鸟";

7. bird.birdChild = birdChild;

8. // 使用序列化克隆对象

9. Bird bird2 = CloneUtils.clone(bird);

10. bird2.name = "黄雀";

11. bird2.birdChild.name = "小黄雀";

12. System.out.println("bird name:" + bird.name);

13. System.out.println("bird child name:" + bird.birdChild.name);

14. System.out.println("bird name 2:" + bird2.name);

15. System.out.println("bird child name 2:" + bird2.birdChild.name);

16. }

17. }

18. class CloneUtils {

19. public static <T extends Serializable> T clone(T obj) {

20. T cloneObj = null;

21. try {

22. //写入字节流

23. ByteArrayOutputStream bo = new ByteArrayOutputStream();

24. ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bo);

25. oos.writeObject(obj);

26. oos.close();

27. //分配内存,写入原始对象,生成新对象

28. ByteArrayInputStream bi = new ByteArrayInputStream(bo.toByteArray());//获取上面的输出字节流

29. ObjectInputStream oi = new ObjectInputStream(bi);

30. //返回生成的新对象

31. cloneObj = (T) oi.readObject();

32. oi.close();

33. } catch (Exception e) {

34. e.printStackTrace();

35. }

36. return cloneObj;

37. }

38. }

程序执行结果：

1. bird name:小鸟

2. bird child name:小小鸟

3. bird name 2:黄雀

4. bird child name 2:小黄雀

深克隆实现方式二：所有引用类型都实现克隆

1. class SerializableTest {

2. public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {

3. ParrotChild parrotChild = new ParrotChild();

4. parrotChild.name = "小鹦鹉";

5. Parrot parrot = new Parrot();

6. parrot.name = "大鹦鹉";

7. parrot.parrotChild = parrotChild;

8. // 克隆

9. Parrot parrot2 = (Parrot) parrot.clone();

10. parrot2.name = "老鹦鹉";

11. parrot2.parrotChild.name = "少鹦鹉";

12. System.out.println("parrot name:" + parrot.name);

13. System.out.println("parrot child name:" + parrot.parrotChild.name);

14. System.out.println("parrot name 2:" + parrot2.name);

15. System.out.println("parrot child name 2:" + parrot2.parrotChild.name);

16. }

17. }

18. class Parrot implements Cloneable {

19. public String name;

20. public ParrotChild parrotChild;

21. @Override

22. protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

23. Parrot bird = (Parrot) super.clone();

24. bird.parrotChild = (ParrotChild) parrotChild.clone();

25. return bird;

26. }

27. }

28. class ParrotChild implements Cloneable {

29. public String name;

30. @Override

31. protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

32. return super.clone();

33. }

34. }

程序执行结果：

1. parrot name:大鹦鹉

2. parrot child name:小鹦鹉

3. parrot name 2:老鹦鹉

4. parrot child name 2:少鹦鹉

相关面试题

使用克隆有什么好处？

好处包含以下几点：

• 使用方便：假如要复制一个对象，但这个对象中的部分属性已经被修改过了，如果不使用克隆的话，需要给属性手动赋值，相比克隆而已麻烦很多；

• 性能高：查看 clone 方法可以知道，它是 native 方法，native 方法是原生函数，使用操作系统底层的语言实现的，因此执行效率更高；

• 隔离性：克隆可以确保对象操作时相互隔离。

clone() 源代码，如下图：

浅克隆和深克隆有什么区别？

答：区别主要在对引用类型的复制上，具体信息如下。

• 浅克隆：只会复制对象的值类型，而不会复制对象的引用类型；

• 深克隆：复制整个对象，包含值类型和引用类型。

如何实现浅克隆？

答：克隆的对象实现 Cloneable 接口，并重写 clone() 方法就可以实现浅克隆了。

以下代码执行的结果是？

1. import java.util.Arrays;

2. class CloneTest {

3. public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

4. CloneObj cloneObj = new CloneObj();

5. cloneObj.name = "老王";

6. cloneObj.age = 30;

7. cloneObj.sistersAge = new int[]{18, 19};

8. CloneObj cloneObj2 = (CloneObj) cloneObj.clone();

9. cloneObj2.name = "磊哥";

10. cloneObj2.age = 33;

11. cloneObj2.sistersAge[0] = 20;

12. System.out.println(cloneObj.name + "|" + cloneObj2.name);

13. System.out.println(cloneObj.age + "|" + cloneObj2.age);

14. System.out.println(Arrays.toString(cloneObj.sistersAge) + "|" + Arrays.toString(cloneObj2.sistersAge));

15. }

16. }

17. class CloneObj implements Cloneable {

18. public String name;

19. public int age;

20. public int[] sistersAge;

21. @Override

22. protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

23. return super.clone();

24. }

25. }

答：执行结果如下。

1. 老王|磊哥

2. 30|33

3. [20, 19]|[20, 19]

深克隆如何实现？有几种实现方式？

答：一般实现方式有以下两种：

• 通过序列化实现深克隆（序列化实现方式：Java 原生序列化、JSON 序列化、Hessian 序列化）；

• 所有引用类型都实现克隆，从而实现深克隆。

为什么不能直接使用 Object 的 Clone 方法，还要重写 clone() 方法之后才能实现克隆？

虽然所有类都是 Object 的子类，但因为 Object 中的 clone() 方法被声明为 protected 访问级别，所以非 java.lang 包下的其他类是不能直接使用的。因此要想实现克隆功能，就必须实现 Cloneable，并重写 clone() 方法才行。

序列化可不可以实现深克隆？实现的原理是什么？

答：先将原对象序列化到内存的字节流中，再从字节流中反序列化出刚刚存储的对象，这个新对象和原对象就不存在任何地址上的共享，这样就实现了深克隆。

是否可以自定义序列化过程，覆盖 Java 中的默认序列化过程？

答：可以，在 Java 中默认序列化一个对象需要调用 ObjectOutputStream.writeObject(saveThisObject) 和 ObjectInputStream.readObject() 读取对象，你可以自定义这两个方法，从而实现自定义序列化的过程。需要注意的重要一点是，记得声明这些方法为私有方法，以避免被继承、重写或重载。

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以上内容来自《Java面试全解析》

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