深入理解Java中的clone对象

1. 为什么要使用clone

2. new和clone的区别

3. 复制对象和复制引用的区别

4.浅克隆和深克隆

5. 注意事项

1. 为什么要使用clone

在实际编程过程中，我们常常遇到这种情况：有一个对象 A，需要一个和 A 完全相同新对象 B，并且此后对 B 任何改动都不会影响到 A 中的值，也就是说，A 与 B 是两个独立的对象，但 B 的初始值是由 A 对象确定的。在 Java 语言中，用简单的赋值语句是不能满足这种需求的。要满足这种需
求虽然有很多途径，但实现 clone（）方法是其中最简单，也是最高效的手段。

2. new和clone的区别

new

通过调用类的构造函数来创建新对象实例，这意味着可以定义对象的初始化状态
根据对象类型明确分配相应大小的内存空间
需要显式初始化，通常在构造函数中完成
涉及内存分配、构造函数调用和初始化，可能在复杂对象中相对较慢
不依赖已有对象，每次创建都是全新的实例
无需实现任何特殊接口
用于全新创建对象实例，无历史状态需求
生成完全独立的对象，互不影响

clone

不会调用构造函数，而是复制已有对象的属性，适用于快速创建一个具有相似状态的对象
分配内存给新对象，并且大小与原对象相同
继承了原对象的初始化状态，不需要再次初始化
通常认为较快，因为避免了构造函数调用和逐步初始化，但具体取决于JVM实现和场景
必须有一个原对象作为克隆的基础
需要实现Cloneable接口并重写clone()方法，否则会抛出CloneNotSupportedException异常
用于基于现有对象快速生成一个副本，例如保存当前状态进行操作或比较
虽然生成的是一个新对象，但如果涉及到引用类型字段，则需要深拷贝处理，否则可能存在依赖

new操作符的本意是分配内存。程序执行到 new 操作符时，首先去看 new 操作符后面的类型，因为知道了类型，才能知道要分配多大的内存空间。分配完内存之后，再调用构造函数，填充对象的各个域，这一步叫做对象的初始化，构造方法返回后，一个对象创建完毕，可以把他的引用（地址）发布到外部，在外部就可以使用这个引用操纵这个对象。clone 在第一步是和 new 相似的，都是分配内存，调用 clone 方法时，分配的内存和原对象（即调用 clone 方法的对象）相同，然后再使用原对象中对应的各个域，填充新对象的域，填充完成之后，clone 方法返回，一个新的相同的对象被创建，同样可以把这个新对象的引用发布到外部，new主要用于创建全新的对象实例，而clone则用于基于已有对象快速生成副本。选择使用哪一种方式取决于具体的编程需求和场景。理解它们的不同之处能够帮助更好地掌握Java中的对象创建和管理技巧。

3. 复制对象和复制引用的区别

class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    ...//此处省略set、get、toString方法
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person person1 = new Person("Alice", 30);
        Person person2 = person1; // 复制引用
        Person person3 = (Person)person1.clone(); // 复制对象

        System.out.println("Original Person: " + person1);
        System.out.println("Reference Copy: " + person2);
        System.out.println("Object Copy: " + person3);

        person1.setName("Bob");
        person1.setAge(40);

        System.out.println("After modification:");
        System.out.println("Original Person: " + person1);
        System.out.println("Reference Copy: " + person2); // 修改了person1，person2也会受到影响
        System.out.println("Object Copy: " + person3); // person3不受person1的修改影响
    }
}

在这个例子中，我们创建了一个Person类，并实例化了三个对象：person1、person2和person3。其中，person2是通过复制引用的方式创建的，而person3是通过复制对象的方式创建的。

当我们修改person1的属性时，可以看到以下结果：

person2是person1的引用，因此它们的属性值相同，并且对其中一个对象的修改会影响另一个对象。
person3是通过复制person1的属性创建的新对象，因此它的属性值与person1相同，但对person3的修改不会影响person1。

复制引用

复制对象

4.浅克隆和深克隆

在Java编程中，clone()方法提供了一种创建对象副本的方式。通过实现Cloneable接口并重写clone()方法，我们可以轻松地创建一个对象的完整复制品。然而，关于使用clone()方法，存在许多细节和注意事项，尤其是在处理浅克隆（shallow copy）与深克隆（deep copy）时。本篇博客将深入探讨这一主题。

在Java中，所有对象都继承自Object类，其中包含一个clone()方法，但该方法是受保护的（protected），意味着我们不能直接在非子类外部调用它。为了使得clone()方法可用，我们需要实现Cloneable接口，该接口是一个标记接口（marker interface），本身不包含任何方法。

实现Cloneable接口后，我们可以通过重写clone()方法来提供自定义的复制逻辑。如果不重写clone()方法，对象将获得一个默认的浅复制行为，这意味着基本字段将被复制，但引用类型字段将只复制引用，而不是引用的对象

浅克隆

浅复制是指在复制对象时，只复制基本类型的字段和引用，但不复制引用的对象。这意味着，如果原对象中的引用类型字段被修改，复制的对象也会受到影响。

class ShallowCopyExample implements Cloneable {
    int intValue; // 基本类型字段
    String stringValue; // 引用类型字段

    public ShallowCopyExample clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (ShallowCopyExample) super.clone();
    }
}

深克隆

相对地，深复制会复制所有字段，包括引用的对象。这就需要我们自定义clone()方法以实现所需行为。

class DeepCopyExample implements Cloneable {
    int intValue; // 基本类型字段
    String stringValue; // 引用类型字段
    DeepCopyExample innerObject; // 引用的对象

    public DeepCopyExample clone() throws CloneNotSupportedException {
        DeepCopyExample deepCopy = (DeepCopyExample) super.clone();
        deepCopy.innerObject = new DeepCopyExample(); // 对内部对象进行深复制
        deepCopy.innerObject.intValue = this.innerObject.intValue;
        deepCopy.innerObject.stringValue = this.innerObject.stringValue;
        return deepCopy;
    }
}

这段代码展示了一个名为DeepCopyExample的Java类，该类实现了Cloneable接口。这个类有三个字段：一个基本类型（int）字段intValue，一个引用类型（String）字段stringValue，以及一个引用的对象字段innerObject。

在这个类中，我们重写了clone()方法，以便实现深拷贝。深拷贝意味着当我们复制一个对象时，不仅复制对象的值，还会复制对象所引用的其他对象。这样，原始对象和克隆对象之间的所有引用都是独立的。

在clone()方法中，首先调用super.clone()来创建一个新的DeepCopyExample对象。然后，我们为innerObject字段创建一个新的DeepCopyExample对象，并将原始对象的innerObject字段的值复制到新对象的相应字段中。最后，返回新创建的深拷贝对象。

需要注意的是，如果innerObject字段中的DeepCopyExample对象也包含其他引用类型的字段，那么这些字段也需要进行深拷贝。在这个示例中，我们只处理了intValue和stringValue字段的深拷贝

5. 注意事项

Cloneable接口的存在是为了标记对象可以被克隆。如果我们忘记实现这个接口，clone()方法会抛出CloneNotSupportedException异常。
对于含有引用类型字段的对象，默认的clone()方法不会创建新的对象实例来复制这些字段，而是复制它们的引用，这可能导致意外的副作用。
在实现深复制时，需要特别关注循环引用的情况，即一个对象直接或间接引用了自己。不妥善处理这种情况会导致无限递归和栈溢出错误。
当对象层次结构很复杂时，手动实现深复制可能会很繁琐，此时可以考虑使用序列化或其他第三方库来实现深复制。