Java中clone如何使用

這期內(nèi)容當(dāng)中小編將會(huì)給大家?guī)碛嘘P(guān)Java中clone如何使用，文章內(nèi)容豐富且以專業(yè)的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

 Cloneable接口

首先，Cloneable接口中并沒有方法。它的存在意義一是讓程序員注明當(dāng)前對(duì)象可以clone，二是改變父類Object類中clone方法的行為：如果某個(gè)類實(shí)現(xiàn)了Cloneable，那么它的父類Object的clone方法可以調(diào)用，否則會(huì)拋出CloneNotSupportedException。(奇葩吧)

也就是說，如果我們要告訴用戶，這個(gè)類是可以clone的，并且在我們的實(shí)現(xiàn)中需要調(diào)用super.clone，那么我們就必須實(shí)現(xiàn)Cloneable。

（然而，即使某個(gè)類實(shí)現(xiàn)了Cloneable，也不一定保證它就有clone方法，這是這個(gè)接口設(shè)計(jì)的奇葩之處之一，設(shè)計(jì)者可能是反社會(huì)吧） 

我們的clone方法

需要重寫clone方法的情況分為兩類。

　　　　1：需要實(shí)現(xiàn)Cloneable接口。

　　　　2：只需要重寫clone方法。

其中，第一種情況比較普遍。第二種可以看作為了討論的完整性對(duì)第一種進(jìn)行的補(bǔ)充。

需要實(shí)現(xiàn)Cloneable接口

考慮到clone方法是直接給用戶用的，建議做到以下幾點(diǎn)：

將限制符改為public；

將它的返回類型設(shè)置成子類類型（可以這么做是因?yàn)閖ava允許covariant return type）；

接住CloneNotSupportedException并不再拋出（既然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了Cloneable接口，就不會(huì)拋出這個(gè)異常，不然用戶又要在

那里try-catch半天）。

@Override
public PhoneNumber clone() throws ... {
  try {
   return (PhoneNumber) super.clone();
  } catch(CloneNotSupportedException e) {
   throw new AssertionError(); // Can't happen
  }
}

注意，這里給出的是clone方法的大體寫法，包括函數(shù)簽名等，先讓你有一個(gè)大略的方向。當(dāng)我們按照以上三條搭好clone方法的框框后，具體如何去實(shí)現(xiàn)克隆的過程，下一節(jié)會(huì)舉例詳述。

注：如果當(dāng)前類是final的，可以直接使用構(gòu)造器來構(gòu)造對(duì)象。（如果不是final的，那么可能還會(huì)有子類，子類再調(diào)用super.clone的時(shí)候就只能返回父類類型對(duì)象，就不太合適了，所以只有final類適合用構(gòu)造器）

只需要重寫clone方法

這個(gè)類可能是繼承鏈上的一個(gè)中間類。此時(shí)該clone方法最好模擬Object.clone的行為，即：

限制符為protected；

不實(shí)現(xiàn)Cloneable；

拋出CloneNotSupportedException。

不同情景下的clone方法實(shí)現(xiàn)

首先，應(yīng)熟悉Object.clone的行為（因?yàn)樵谖覀冏约旱念愔薪?jīng)常會(huì)調(diào)用super.clone，最終調(diào)用Object.clone）：淺拷貝。即：先創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象，然后將它的所有域初始化為待拷貝對(duì)象的域的對(duì)應(yīng)值。

另外，所有數(shù)組都會(huì)實(shí)現(xiàn)Cloneable接口，T[].clone的返回類型也為T[]，行為與Object類似。（這是一個(gè)好用的feature，實(shí)現(xiàn)淺拷貝時(shí)會(huì)經(jīng)常用到）

官方文檔對(duì)clone的實(shí)現(xiàn)建議是：先調(diào)用super.clone創(chuàng)建對(duì)象；如果對(duì)象的域都是基本類型，則一切搞定；否則，如果對(duì)象是可變對(duì)象，則要將組成對(duì)象的"deep structure"的對(duì)象全部復(fù)制，然后將復(fù)制品的域引用指向這些復(fù)制后的對(duì)象。 

上一節(jié)給出的PhoneNumber的clone屬于前者（對(duì)象域?yàn)殡娫捥?hào)碼、區(qū)號(hào)等，為基本類型short），所以調(diào)用super.clone再加一個(gè)cast就可以搞定。

注意這個(gè)藍(lán)色的deep structure，指明了clone方法實(shí)現(xiàn)的精髓。以下舉兩個(gè)例子，讀者可細(xì)細(xì)品味。

案例一：Stack

public class Stack {
 private Object[] elements;
 private int size = 0;
 private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
 public Stack() {...}
 public void push(Object e) {...}
 public Object pop() {...}
 private void ensureCapacity() {...} //omitted for simplicity
}

如果在Stack的clone方法中，也簡單地返回super.clone，會(huì)有一個(gè)嚴(yán)重的后果，就是在原對(duì)象中如果增刪了元素，在復(fù)制對(duì)象中的size不變，但是實(shí)際上元素被增刪了，違反了復(fù)制對(duì)象的invariant。

解決辦法是將elements數(shù)組獨(dú)立克隆：

@Override public Stack clone() {
 try {
  Stack result = (Stack) super.clone();
  result.elements = elements.clone();
  return result;
 } catch (CloneNotSupportedException e) {
  throw new AssertionError();
 }
}

兩種方法的區(qū)別如下：（渣圖……）

第一種方法對(duì)應(yīng)左圖，由于克隆后的對(duì)象的elements指向原對(duì)象中的數(shù)組，當(dāng)原對(duì)象增刪元素時(shí)，克隆后的對(duì)象的backing array也跟著自動(dòng)變化。第二種方法對(duì)應(yīng)右圖，克隆后對(duì)象的數(shù)組和原對(duì)象的數(shù)組是互相獨(dú)立的，當(dāng)原對(duì)象增刪元素時(shí)，克隆后的對(duì)象可以不受影響，因?yàn)樗€保持原有的那些引用。雖然兩種都是淺拷貝，但只有第二種符合不變性。而且第二種是容器類的一種常用做法，如ArrayList的copy constructor。

案例二：HashTable

在Stack的基礎(chǔ)上再復(fù)雜一點(diǎn)，我們研究一個(gè)HashTable:

public class HashTable implements Cloneable {
  private Entry[] buckets = ...;
  private static class Entry {
   final Object key;
   Object value;
   Entry next;
   Entry(Object key, Object value, Entry next) {
     this.key = key;
     this.value = value;
     this.next = next;
   }
  }
  ... // Remainder omitted
}

如果我們照搬Stack的克隆方法，是否會(huì)有效呢？

@Override public HashTable clone() {
  try {
   HashTable result = (HashTable) super.clone();
   result.buckets = buckets.clone();
   return result;
  } catch (CloneNotSupportedException e) {
   throw new AssertionError();
  }
}

克隆后的HashTable有自己的array了，看起來好像沒什么問題了。然而，HashTable使用的是Entry對(duì)象頭尾相接的鏈表?？寺『驟ntry元素們還指向同樣的對(duì)象，此時(shí)如果原table增刪了元素，其實(shí)質(zhì)是它將某些Entry指向了新Entry或指向null；由于克隆后的table與克隆前的table共享一套Entry對(duì)象，所以它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了同樣的改變，但它并不知道自己發(fā)生了改變，這樣就出現(xiàn)了奇怪的現(xiàn)象，比如說克隆后的table的size明明沒變，卻憑空多出/消失了一些元素。

HashTable original = new HashTable();
original.put(x, y);
HashTable cloned = original.clone();
original.remove(x); //cloned gets removed by one element too, but does not know of it!!
if(cloned.size() > 0){
  doSomething(); //Danger! It's actually empty!!  
}

如圖：

解決方法是將其中value的容器Entry做深拷貝。

public class HashTable implements Cloneable {
  private Entry[] buckets = ...;
  private static class Entry {
   final Object key;
   Object value;
   Entry next;
   Entry(Object key, Object value, Entry next) {
   this.key = key;
   this.value = value;
   this.next = next;
   // Recursively copy the linked list headed by this Entry
   Entry deepCopy() {
     return new Entry(key, value, next == null ? null : next.deepCopy());
   }  
 }
  @Override public HashTable clone() {
   try {
     HashTable result = (HashTable) super.clone();
     result.buckets = new Entry[buckets.length];
     for (int i = 0; i < buckets.length; i++)
      if (buckets[i] != null)
       result.buckets[i] = buckets[i].deepCopy();
     return result;
   } catch (CloneNotSupportedException e) {
     throw new AssertionError();
   }
  }
  ... // Remainder omitted
}

注：value指向的Object仍然沒變，所以這種方法只是在一定程度上做深拷貝。由于HashTable直接操作的是Entry，將Entry這一層深拷貝即可。

由于上述deepCopy()方法容易引起stack overflow，作者建議使用iteration代替recursion.

//Iteratively copy the linked list headed by this Entry
Entry deepCopy() {
  Entry result = new Entry(key, value, next);
  for (Entry p = result; p.next != null; p = p.next)
   p.next = new Entry(p.next.key, p.next.value, p.next.next);
  return result;
}

其他碎碎念

（非final類的）clone方法不應(yīng)調(diào)用克隆后對(duì)象的nonfinal方法。若該類的子類重寫了這個(gè)nonfinal方法，該方法有可能在子類創(chuàng)建完畢之前去調(diào)用它的一些方法/數(shù)據(jù)，可能會(huì)引起數(shù)據(jù)損壞。

如果類中有一個(gè)指向可變對(duì)象的final域，則以上的clone實(shí)現(xiàn)機(jī)制無法work，因?yàn)閷?duì)象創(chuàng)建好以后無法再給final域assign一個(gè)值。

不可變類不應(yīng)該支持clone，因?yàn)閏lone后的對(duì)象跟原對(duì)象沒有區(qū)別。
其實(shí)一種比較好的方法是copy constructor或copy factory。它們沒有Cloneable的那些奇葩性，不拋異常，而且可以搞定final域。

public Yum(Yum yum); //copy constructor
public static Yum newInstance(Yum yum); //copy factory

一個(gè)更好的好處是，interface-based copy constructor或copy factory (稱為conversion constructors / conversion factories)可以允許用戶選擇與原對(duì)象不同類的克隆對(duì)象。如

HashSet s = ...;
new TreeSet(s); //將HashSet轉(zhuǎn)換成TreeSet

上述就是小編為大家分享的Java中clone如何使用了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進(jìn)行理解。如果想知道更多相關(guān)知識(shí)，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。