Java学习之深拷贝浅拷贝及对象拷贝的两种方式

I. Java之Clone

0. 背景

对象拷贝，是一个非常基础的内容了，为什么会单独的把这个领出来讲解，主要是先前遇到了一个非常有意思的场景

有一个任务，需要解析类xml标记语言，然后生成document对象，之后将会有一系列针对document对象的操作

通过实际的测试，发现生成Document对象是比较耗时的一个操作，再加上这个任务场景中，需要解析的xml文档是固定的几个，那么一个可以优化的思路就是能不能缓存住创建后的Document对象，在实际使用的时候clone一份出来

1. 内容说明

看到了上面的应用背景，自然而言的就会想到深拷贝了，本篇博文则主要内容如下

介绍下两种拷贝方式的区别
深拷贝的辅助工具类
如何自定义实现对象拷贝

II. 深拷贝和浅拷贝

0. 定义说明

深拷贝

相当于创建了一个新的对象，只是这个对象的所有内容，都和被拷贝的对象一模一样而已，即两者的修改是隔离的，相互之间没有影响

浅拷贝

也是创建了一个对象，但是这个对象的某些内容（比如A）依然是被拷贝对象的，即通过这两个对象中任意一个修改A，两个对象的A都会受到影响

看到上面两个简单的说明，那么问题来了

浅拷贝中，是所有的内容公用呢？还是某些内容公用？
从隔离来将，都不希望出现浅拷贝这种方式了，太容易出错了，那么两种拷贝方式的应用场景是怎样的？

1. 浅拷贝

一般来说，浅拷贝方式需要实现Cloneable接口，下面结合一个实例，来看下浅拷贝中哪些是独立的，哪些是公用的

@Data
public class ShallowClone implements Cloneable {

    private String name;

    private int age;

    private List<String> books;


    public ShallowClone clone() {
        ShallowClone clone = null;
        try {
            clone = (ShallowClone) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return clone;
    }


    public static void main(String[] args) {
        ShallowClone shallowClone = new ShallowClone();
        shallowClone.setName("SourceName");
        shallowClone.setAge(28);
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("java");
        list.add("c++");
        shallowClone.setBooks(list);


        ShallowClone cloneObj = shallowClone.clone();


        // 判断两个对象是否为同一个对象（即是否是新创建了一个实例）
        System.out.println(shallowClone == cloneObj);

        // 修改一个对象的内容是否会影响另一个对象
        shallowClone.setName("newName");
        shallowClone.setAge(20);
        shallowClone.getBooks().add("javascript");
        System.out.println("source: " + shallowClone.toString() + "nclone:" + cloneObj.toString());
        
        shallowClone.setBooks(Arrays.asList("hello"));
        System.out.println("source: " + shallowClone.toString() + "nclone:" + cloneObj.toString());
    }
}

输出结果:

false
source: ShallowClone(name=newName, age=20, books=[java, c++, javascript])
clone:ShallowClone(name=SourceName, age=28, books=[java, c++, javascript])
source: ShallowClone(name=newName, age=20, books=[hello])
clone:ShallowClone(name=SourceName, age=28, books=[java, c++, javascript])

结果分析：

拷贝后获取的是一个独立的对象，和原对象拥有不同的内存地址
基本元素类型，两者是隔离的（虽然上面只给出了int，String）
- 基本元素类型包括:
- int, Integer, long, Long, char, Charset, byte,Byte, boolean, Boolean, float,Float, double, Double, String
非基本数据类型（如基本容器，其他对象等），只是拷贝了一份引用出去了，实际指向的依然是同一份

其实，浅拷贝有个非常简单的理解方式：

浅拷贝的整个过程就是，创建一个新的对象，然后新对象的每个值都是由原对象的值，通过 = 进行赋值

这个怎么理解呢？

上面的流程拆解就是：

- Object clone = new Object();
- clone.a = source.a
- clone.b = source.b
- ...

那么=赋值有什么特点呢？

基本数据类型是值赋值；非基本的就是引用赋值

2. 深拷贝

深拷贝，就是要创建一个全新的对象，新的对象内部所有的成员也都是全新的，只是初始化的值已经由被拷贝的对象确定了而已

那么上面的实例改成深拷贝应该是怎样的呢？

可以加上这么一个方法

public ShallowClone deepClone() {
    ShallowClone clone = new ShallowClone();
    clone.name = this.name;
    clone.age = this.age;
    if (this.books != null) {
        clone.books = new ArrayList<>(this.books);
    }
    return clone;
}


// 简单改一下测试case
public static void main(String[] args) {
    ShallowClone shallowClone = new ShallowClone();
    shallowClone.setName("SourceName");
    shallowClone.setAge(new Integer(1280));
    List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("java");
    list.add("c++");
    shallowClone.setBooks(list);


    ShallowClone cloneObj = shallowClone.deepClone();


    // 判断两个对象是否为同一个对象（即是否是新创建了一个实例）
    System.out.println(shallowClone == cloneObj);

    // 修改一个对象的内容是否会影响另一个对象
    shallowClone.setName("newName");
    shallowClone.setAge(2000);
    shallowClone.getBooks().add("javascript");
    System.out.println("source: " + shallowClone.toString() + "nclone:" + cloneObj.toString());


    shallowClone.setBooks(Arrays.asList("hello"));
    System.out.println("source: " + shallowClone.toString() + "nclone:" + cloneObj.toString());
}

输出结果为：

false
source: ShallowClone(name=newName, age=2000, books=[java, c++, javascript])
clone:ShallowClone(name=SourceName, age=1280, books=[java, c++])
source: ShallowClone(name=newName, age=2000, books=[hello])
clone:ShallowClone(name=SourceName, age=1280, books=[java, c++])

结果分析：

深拷贝独立的对象
拷贝后对象的内容，与原对象的内容完全没关系，都是独立的

简单来说，深拷贝是需要自己来实现的，对于基本类型可以直接赋值，而对于对象、容器、数组来讲，需要创建一个新的出来，然后重新赋值

3. 应用场景区分

深拷贝的用途我们很容易可以想见，某个复杂对象创建比较消耗资源的时候，就可以缓存一个蓝本，后续的操作都是针对深clone后的对象，这样就不会出现混乱的情况了

那么浅拷贝呢？感觉留着是一个坑，一个人修改了这个对象的值，结果发现对另一个人造成了影响，真不是坑爹么？

假设又这么一个通知对象长下面这样

private String notifyUser;

// xxx

private List<String> notifyRules;

我们现在随机挑选了一千个人，同时发送通知消息，所以需要创建一千个上面的对象，这些对象中呢，除了notifyUser不同，其他的都一样

在发送之前，突然发现要临时新增一条通知信息，如果是浅拷贝的话，只用在任意一个通知对象的notifyRules中添加一调消息，那么这一千个对象的通知消息都会变成最新的了；而如果你是用深拷贝，那么苦逼的得遍历这一千个对象，每个都加一条消息了

III. 对象拷贝工具

上面说到，浅拷贝，需要实现Clonebale接口，深拷贝一般需要自己来实现，那么我现在拿到一个对象A，它自己没有提供深拷贝接口，我们除了主动一条一条的帮它实现之外，有什么辅助工具可用么？

对象拷贝区别与clone，它可以支持两个不同对象之间实现内容拷贝

Apache的两个版本：（反射机制）

org.apache.commons.beanutils.PropertyUtils.copyProperties(Object dest, Object orig)


org.apache.commons.beanutils.BeanUtils#cloneBean

Spring版本：（反射机制）

org.springframework.beans.BeanUtils.copyProperties(Object source, Object target, Class editable, String[] ignoreProperties)

cglib版本：（使用动态代理，效率高）

net.sf.cglib.beans.BeanCopier.copy(Object paramObject1, Object paramObject2, Converter paramConverter)

从上面的几个有名的工具类来看，提供了两种使用者姿势，一个是反射，一个是动态代理，下面分别来看两种思路

1. 借助反射实现对象拷贝

通过反射的方式实现对象拷贝的思路还是比较清晰的，先通过反射获取对象的所有属性，然后修改可访问级别，然后赋值；再获取继承的父类的属性，同样利用反射进行赋值

上面的几个开源工具，内部实现封装得比较好，所以直接贴源码可能不太容易一眼就能看出反射方式的原理，所以简单的实现了一个, 仅提供思路

public static void copy(Object source, Object dest) throws Exception {
    Class destClz = dest.getClass();

    // 获取目标的所有成员
    Field[] destFields = destClz.getDeclaredFields();
    Object value;
    for (Field field : destFields) { // 遍历所有的成员，并赋值
        // 获取value值
        value = getVal(field.getName(), source);

        field.setAccessible(true);
        field.set(dest, value);
    }
}


private static Object getVal(String name, Object obj) throws Exception {
    try {
        // 优先获取obj中同名的成员变量
        Field field = obj.getClass().getDeclaredField(name);
        field.setAccessible(true);
        return field.get(obj);
    } catch (NoSuchFieldException e) {
        // 表示没有同名的变量
    }

    // 获取对应的 getXxx() 或者 isXxx() 方法
    name = name.substring(0, 1).toUpperCase() + name.substring(1);
    String methodName = "get" + name;
    String methodName2 = "is" + name;
    Method[] methods = obj.getClass().getMethods();
    for (Method method : methods) {
        // 只获取无参的方法
        if (method.getParameterCount() > 0) {
            continue;
        }

        if (method.getName().equals(methodName)
                || method.getName().equals(methodName2)) {
            return method.invoke(obj);
        }
    }

    return null;
}

上面的实现步骤还是非常清晰的，首先是找同名的属性，然后利用反射获取对应的值

Field field = obj.getClass().getDeclaredField(name);
field.setAccessible(true);
return field.get(obj);

如果找不到，则找getXXX, isXXX来获取

2. 代理的方式实现对象拷贝

Cglib的BeanCopier就是通过代理的方式实现拷贝，性能优于反射的方式，特别是在大量的数据拷贝时，比较明显

代理，我们知道可以区分为静态代理和动态代理，简单来讲就是你要操作对象A，但是你不直接去操作A，而是找一个中转porxyA, 让它来帮你操作对象A

那么这种技术是如何使用在对象拷贝的呢？

我们知道，效率最高的对象拷贝方式就是Getter/Setter方法了，前面说的代理的含义指我们不直接操作，而是找个中间商来赚差价，那么方案就出来了

将原SourceA拷贝到目标DestB

创建一个代理 copyProxy
在代理中，依次调用 SourceA的get方法获取属性值，然后调用DestB的set方法进行赋值

实际上BeanCopier的思路大致如上，具体的方案当然就不太一样了, 简单看了一下实现逻辑，挺有意思的一块，先留个坑，后面单独开个博文补上

说明

从实现原理和通过简单的测试，发现BeanCopier是扫描原对象的getXXX方法，然后赋值给同名的 setXXX 方法，也就是说，如果这个对象中某个属性没有get/set方法，那么就无法赋值成功了

IV. 小结

1. 深拷贝和浅拷贝

深拷贝

相当于创建了一个新的对象，只是这个对象的所有内容，都和被拷贝的对象一模一样而已，即两者的修改是隔离的，相互之间没有影响

完全独立

浅拷贝

也是创建了一个对象，但是这个对象的某些内容（比如A）依然是被拷贝对象的，即通过这两个对象中任意一个修改A，两个对象的A都会受到影响

等同与新创建一个对象，然后使用=，将原对象的属性赋值给新对象的属性
需要实现Cloneable接口

2. 对象拷贝的两种方法

通过反射方式实现对象拷贝

主要原理就是通过反射获取所有的属性，然后反射更改属性的内容

通过代理实现对象拷贝

将原SourceA拷贝到目标DestB

创建一个代理 copyProxy 在代理中，依次调用 SourceA的get方法获取属性值，然后调用DestB的set方法进行赋值

V. 其他

声明

尽信书则不如，已上内容，纯属一家之言，因本人能力一般，见解不全，如有问题，欢迎批评指正