Java 深淺拷貝和原型模式

前言：

本來是在學習原型模式的，後來發現它就是一個拷貝，然後就去研究了下深淺拷貝以及它們的實現，這裏不說大道理，儘量通俗易懂地把它們都講清楚。

1.引入

問：java 對象拷貝的意義何在？爲啥要拷貝？
答：因爲懶，不想實例化一個，所以拷貝生成一個新的對象

現實實例：
本科學習的時候有很多課程是講 ppt 進行考覈的，有些人忙（其實嘛…）沒做 ppt，所以就會拷貝一份室友（室長）的；A室友拷貝了一份 ppt 就放在室長電腦裏面同一個目錄下，改了些個人信息，並把 ppt 鏈接的素材裁剪了一番；B室友把 ppt 和素材都拷貝到自己電腦上了，然後對鏈接的素材修剪了一番。

上面例子的拷貝就是此次博客說的拷貝
淺拷貝：A室友修改素材的操作會影響到室長嗎？當然會，室長講 ppt 打開素材的時候內心一定會想，豬…隊友；B室友的動作就是淺拷貝，修改了 ppt 本身的屬性是可以的，但修改其鏈接素材會同步改變室長 ppt 的鏈接素材。
深拷貝：B室友的拷貝 ppt 就是深拷貝，和室長的 ppt 可以獨立修改，互不影響。

2.淺拷貝的實現

本質上使用的是 java 自帶的 clone() 方法
這裏舉一個例子，Book類（課本），Subject類（課程）包含Book

Book類

public class Book {

    private String bookName;
    private int page;

    public Book(String bookName, int page) {
        this.bookName = bookName;
        this.page = page;
    }

    public String getBookName() {
        return bookName;
    }

    public int getPage() {
        return page;
    }

    public void setBookName(String bookName) {
        this.bookName = bookName;
    }

    public void setPage(int page) {
        this.page = page;
    }

}

Subject類，需要實現 Cloneable 接口的 clone()方法才能被拷貝

public class Subject implements Cloneable {
    private Book book;
    private String subjectName;

    public Book getBook() {
        return book;
    }

    public void setBook(Book book) {
        this.book = book;
    }

    public String getSubjectName() {
        return subjectName;
    }

    public void setSubjectName(String subjectName) {
        this.subjectName = subjectName;
    }

    @Override
    public Object clone() {
        try {
            return super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

}

測試

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Subject music = new Subject();
        music.setBook(new Book("五線譜", 50));
        music.setSubjectName("音樂課");

        Subject sports = (Subject) music.clone();
        sports.setSubjectName("體育課");
        sports.getBook().setBookName("體操講義");

        //驗證淺拷貝
        System.out.print("課程名：" + sports.getSubjectName() + ",");
        System.out.println("課本名：" + sports.getBook().getBookName());
        System.out.print("課程名：" + music.getSubjectName() + ",");
        System.out.println("課本名：" + music.getBook().getBookName());
    }

}

打印結果：

課程名：體育課,課本名：體操講義
課程名：音樂課,課本名：體操講義

解析：
這邊最初實例化一個“音樂課”的課程，並給了一本“五線譜”的書，在此基礎上，拷貝產生了一個新對象，並修改課程名稱爲“體育類課”，修改課本爲“體操講義”；把他們打印出來就會發現，課程名（subjectName）改變後相互不影響，課本（book）做了同步修改，淺拷貝就是這種情況，當然這種在生產上也有很大用處。

3.所有類都實現自身拷貝的深拷貝方式

2 中的例子是 Subject 實現拷貝本身，如果拷貝的時候把 Book 也拷貝過去是不是可以實現深拷貝呢？當然 Book 也需要實現自身的拷貝函數

public class Book implements Cloneable {

    private String bookName;
    private int page;

    public Book(String bookName, int page) {
        this.bookName = bookName;
        this.page = page;
    }

    public String getBookName() {
        return bookName;
    }

    public int getPage() {
        return page;
    }

    public void setBookName(String bookName) {
        this.bookName = bookName;
    }

    public void setPage(int page) {
        this.page = page;
    }

    @Override
    public Object clone() {
        try {
            return super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

}

public class Subject implements Cloneable {
    private Book book;
    private String subjectName;

    public Book getBook() {
        return book;
    }

    public void setBook(Book book) {
        this.book = book;
    }

    public String getSubjectName() {
        return subjectName;
    }

    public void setSubjectName(String subjectName) {
        this.subjectName = subjectName;
    }

    @Override
    public Object clone() {
        try {
            Subject subject = (Subject) super.clone();
            subject.setBook((Book) book.clone());
            return subject;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

}

測試：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Subject music = new Subject();
        music.setBook(new Book("五線譜", 50));
        music.setSubjectName("音樂課");

        Subject sports = (Subject) music.clone();
        sports.setSubjectName("體育課");
        sports.getBook().setBookName("體操講義");

        //驗證淺拷貝
        System.out.print("課程名：" + sports.getSubjectName() + ",");
        System.out.println("課本名：" + sports.getBook().getBookName());
        System.out.print("課程名：" + music.getSubjectName() + ",");
        System.out.println("課本名：" + music.getBook().getBookName());

    }

}

結果：

課程名：體育課,課本名：體操講義
課程名：音樂課,課本名：五線譜

保證了互不影響

4.序列化實現深拷貝

上述3的方式把每個類都實現自身拷貝的方法有點麻煩，有簡單的嗎？有，序列化實現拷貝，只需要類都實現接口聲明就行了，不需要寫實現方法
序列化類和其方法與被拷貝的對象沒有任何關係，如下
tips：不建議把序列化方法寫成類成員函數，通用性太差

import java.io.*;

public class SerializedClone {

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public static <X extends Serializable> X clone(X obj) {
        X cloneObj = null;
        try {
            //寫入字節流
            ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream obs = new ObjectOutputStream(out);
            obs.writeObject(obj);
            obs.close();

            //分配內存，寫入原始對象，生成新對象
            ByteArrayInputStream ios = new ByteArrayInputStream(out.toByteArray());
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(ios);
            //返回生成的新對象
            cloneObj = (X) ois.readObject();
            ois.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return cloneObj;
    }
}

還是那兩個類 Book 和 Subject，只需要聲明接口 Serializable 就行，不需要方法實現（Cloneable 需要實現 clone() 方法）

public class Book implements Serializable {
    private String bookName;
    private int page;

    public Book(String bookName, int page) {
        this.bookName = bookName;
        this.page = page;
    }

    public String getBookName() {
        return bookName;
    }

    public int getPage() {
        return page;
    }

    public void setBookName(String bookName) {
        this.bookName = bookName;
    }

    public void setPage(int page) {
        this.page = page;
    }
}



public class Subject implements Serializable {

    private Book book;
    private String subjectName;

    public Book getBook() {
        return book;
    }

    public void setBook(Book book) {
        this.book = book;
    }

    public String getSubjectName() {
        return subjectName;
    }

    public void setSubjectName(String subjectName) {
        this.subjectName = subjectName;
    }

}

測試：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        Subject chemistry = new Subject();
        chemistry.setBook(new Book("火藥製造", 50));
        chemistry.setSubjectName("化學課");

        Subject physics = SerializedClone.clone(chemistry);
        physics.setSubjectName("物理課");
        physics.getBook().setBookName("穿牆講義");

        //驗證深拷貝
        System.out.print("課程名：" + chemistry.getSubjectName() + ",");
        System.out.println("課本名：" + chemistry.getBook().getBookName());
        System.out.print("課程名：" + physics.getSubjectName() + ",");
        System.out.println("課本名：" + physics.getBook().getBookName());
    }
}

結果：

課程名：化學課,課本名：火藥製造
課程名：物理課,課本名：穿牆講義

可以發現，序列化實現深拷貝更簡單

5.其它方式

還有一種反射的方式實現拷貝，實現起來稍微麻煩，有興趣可以研究

**另：**上述例子在處理 exception 的時候返回 null，這種方式不好，最好是拋出異常讓調用進行處理，例子只是爲了書寫方便才這麼用。

Java 深淺拷貝和原型模式

前言：

1.引入

2.淺拷貝的實現

3.所有類都實現自身拷貝的深拷貝方式

4.序列化實現深拷貝

5.其它方式

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