Java对象的浅拷贝

news2024/11/29 16:26:51

介绍

Java对象的浅拷贝（Shallow Copy）是指创建一个新的对象，并复制原始对象的所有非静态字段到新对象。如果字段是基本类型，那么复制的就是基本类型的值。如果字段是引用类型，那么复制的就是引用，而不是引用的对象本身。也就是说，如果原始对象中包含其他对象的引用，那么拷贝后新对象的引用与原始对象引用相同，指向同一个对象。这就是为什么称之为“浅”拷贝，因为它只复制了对象的引用，而没有实际创建新的对象。

需要注意的地方

  • 浅拷贝只复制对象的引用，而不是对象本身。因此，如果原始对象中包含其他对象的引用，那么拷贝后新对象的引用与原始对象引用相同，指向同一个对象。
  • 浅拷贝可能会导致一些意外的结果。比如，如果原始对象中包含一个数组，那么拷贝后新对象的数组与原始对象的数组共享相同的元素引用。如果原始对象中的数组被修改，那么拷贝后的新对象也会被影响。
  • 在进行浅拷贝时，如果原始对象中包含不可变对象（如字符串或数字），那么拷贝后的新对象与原始对象共享这些不可变对象。但是，如果原始对象中包含可变对象（如数组或集合），那么拷贝后的新对象与原始对象共享这些可变对象的引用，因此需要对这些可变对象进行深拷贝或者重新创建。

在使用Java对象的浅拷贝时，需要特别注意浅拷贝的特性以及可能出现的意外情况，以确保程序的正确性和稳定性。

应用实例

通过clone方法实现

public class Person {
    private String name;
    private int age;
    private Address address;
    public Person(String name, int age, Address address) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
    }
    public Object clone() {
        try {
            return super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}
public class Address {
    private String street;
    private String city;
    private String state;
    private String zip;
    public Address(String street, String city, String state, String zip) {
        this.street = street;
        this.city = city;
        this.state = state;
        this.zip = zip;
    }
}

在上面的示例中，Person类包含了一个Address对象的引用。为了实现浅拷贝，我们可以通过调用Object类的clone方法来创建一个新的Person对象，并将原始对象的所有非静态字段复制到新对象。在这个例子中，我们没有重写clone方法，因此默认实现是进行浅拷贝

Person person = new Person("John", 30, new Address("123 Main St", "Anytown", "CA", "12345"));
Person copyPerson = (Person) person.clone(); // 浅拷贝创建新对象并复制属性

通过手动复制的方式

除了使用Object.clone()方法实现浅拷贝，还可以通过手动复制每个字段来实现。例如：

public class Person {
    private String name;
    private int age;
    private Address address;
    public Person(String name, int age, Address address) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
    }
    public Person shallowCopy() {
        return new Person(name, age, address);
    }
}

这种方式是通过创建一个新的Person对象，并将原始对象的所有非静态字段复制到新对象。这种方式比使用Object.clone()方法更直观一些，因为你可以清晰地看到复制的字段。例如：


Person person = new Person("John", 30, new Address("123 Main St", "Anytown", "CA", "12345"));
Person copyPerson = person.shallowCopy(); // 浅拷贝创建新对象并复制属性

通过stream流来实现

还可以使用Java 8的流（Stream）来实现浅拷贝。这种方式比较简洁，适合处理复杂对象结构。下面是一个示例：

public class Person {
    private String name;
    private int age;
    private Address address;
    public Person(String name, int age, Address address) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
    }
    public Person shallowCopyUsingStreams() {
        return Stream.of(this)
                     .map(person -> person.name, person -> person.age, person -> person.address)
                     .collect(Collectors.toList())
                     .stream()
                     .map(this::new)
                     .collect(Collectors.toList())
                     .get(0);
    }
}

这种方式使用了Java 8的流API，通过将原始对象拆解为单个字段，再重新组装成新的对象来实现浅拷贝。例如：

Person person = new Person("John", 30, new Address("123 Main St", "Anytown", "CA", "12345"));
Person copyPerson = person.shallowCopyUsingStreams(); // 使用流API实现浅拷贝

通过反射来实现

还可以使用反射（Reflection）来实现浅拷贝。这种方式比较底层，可以处理任何类型的字段，包括私有字段。下面是一个示例：


import java.lang.reflect.Field;
public class Person {
    private String name;
    private int age;
    private Address address;
    public Person(String name, int age, Address address) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
    }
    public Person shallowCopyUsingReflection() throws IllegalAccessException {
        Person newPerson = new Person(null, 0, null); // 创建一个新的Person对象
        Field[] fields = this.getClass().getDeclaredFields(); // 获取所有字段
        for (Field field : fields) {
            field.setAccessible(true); // 设置字段为可访问
            field.set(newPerson, field.get(this)); // 将原对象的字段值复制到新对象
        }
        return newPerson;
    }
}

这种方式使用了Java的反射API，通过直接操作字段来实现浅拷贝。例如：


Person person = new Person("John", 30, new Address("123 Main St", "Anytown", "CA", "12345"));
Person copyPerson = person.shallowCopyUsingReflection(); // 使用反射实现浅拷贝

函数式实现

以下是一个使用Java 8的java.util.function接口实现的浅拷贝方式。这种方式使用函数式编程，比较简洁。


import java.util.function.Function;
public class Person {
    private String name;
    private int age;
    private Address address;
    public Person(String name, int age, Address address) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
    }
    public Person shallowCopyUsingFunction() {
        return Function.identity().andThen(Person::new).apply(name, age, address);
    }
}

这种方式使用了Function.identity()方法返回一个始终返回其输入参数的函数，再结合apply()方法，将输入参数作为新的Person对象的初始化参数。例如：


Person person = new Person("John", 30, new Address("123 Main St", "Anytown", "CA", "12345"));
Person copyPerson = person.shallowCopyUsingFunction(); // 使用函数式编程实现浅拷贝

通过序列化

以下是一个使用序列化的方式实现浅拷贝。这种方式比较简单，但需要将类标记为可序列化，并且需要考虑线程安全问题。


import java.io.*;
public class Person implements Serializable {
    private String name;
    private int age;
    private Address address;
    public Person(String name, int age, Address address) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
    }
    public Person shallowCopyUsingSerialization() throws IOException, ClassNotFoundException {
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(bos);
        out.writeObject(this);
        out.flush();
        out.close();
        bos.close();
        byte[] bytes = bos.toByteArray();
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bytes);
        return (Person) new ObjectInputStream(bis).readObject();
    }
}

这种方式将对象序列化为字节数组，然后通过反序列化创建浅拷贝对象。例如：


Person person = new Person("John", 30, new Address("123 Main St", "Anytown", "CA", "12345"));
Person copyPerson = person.shallowCopyUsingSerialization(); // 使用序列化实现浅拷贝

最佳实现

在Java中，对于对象的浅拷贝，最佳实践通常使用序列化（Serialization）或者使用拷贝构造器或者拷贝方法。
序列化是一种常见的实现方式，它可以将对象转换为字节流，然后再从字节流中恢复为对象。这种方式比较简单，但需要将类标记为可序列化，并且需要考虑线程安全问题。
拷贝构造器或拷贝方法是一种更直观的方式，可以在新的对象中复制原始对象的所有字段。这种方式需要手动实现每个字段的复制，但可以确保每个字段都被正确地复制。
无论哪种方式，都需要考虑对象的可变性、线程安全性和内存占用等问题。

以下是使用拷贝构造器和序列化实现浅拷贝的代码示例：

使用拷贝构造器实现浅拷贝：

public class Person {
    private String name;
    private int age;
    private Address address;
    public Person(String name, int age, Address address) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
    }
    // 拷贝构造器
    public Person(Person person) {
        this.name = person.name;
        this.age = person.age;
        this.address = new Address(person.address);
    }
}
使用序列化实现浅拷贝：

import java.io.*;
public class Person implements Serializable {
    private String name;
    private int age;
    private Address address;
    public Person(String name, int age, Address address) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
    }
    // 实现浅拷贝方法
    public Person shallowCopyUsingSerialization() throws IOException, ClassNotFoundException {
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(bos);
        out.writeObject(this);
        out.flush();
        out.close();
        bos.close();
        byte[] bytes = bos.toByteArray();
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bytes);
        return (Person) new ObjectInputStream(bis).readObject();
    }
}

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