Davids原理探究：Java中List淺拷貝深拷貝問題

Java中List淺拷貝深拷貝問題

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淺拷貝

1. 基本數據類型的成員變量，進行值傳遞（將該屬性值複製一份給新的對象）。
2. 引用數據類型的成員變量，比如說成員變量是某個數組、某個類的對象等進行引用傳遞（將該成員變量的引用值（內存地址）複製一份給新的對象）。

深拷貝

1. 基本數據類型的成員變量，進行值傳遞（將該屬性值複製一份給新的對象）。
2. 引用數據類型的成員變量，比如說成員變量是某個數組、某個類的對象等，會重新分配內存並將成員變量拷貝一份賦值給新對象（將該成員變量的內容複製一份到新開闢的內存上，新的對象指向新的內存地址）。

在開發過程中如果多處用到同一個List且會修改List元素內容的時候，如果想要不互相干擾就需要進行深拷貝。

混淆點（看上去像深拷貝的淺拷貝）

// 淺拷貝
List<Msg> source = new ArrayList<>();
List<Msg> target= new ArrayList<>(source);

// 淺拷貝
List<Msg> target= new ArrayList<>();
target.addAll(source);

混淆點示例

@Data
@Builder
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class Msg implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = -3893311742256460336L;
    private String detail;

    private String body;
}

public static void main( String[] args ) {
    List<Msg> msgs = new ArrayList<>();
    Msg msg1 = new Msg("davids", "body");
    msgs.add(msg1);
    for (Msg msg : msgs) {
        msg.setBody("one" + msg.getBody());
        System.out.println(msg);
    }

    for (Msg msg : msgs) {
        msg.setBody("two" + msg.getBody());
        System.out.println(msg);
    }
}
// output
Msg(detail=davids, body=onebody)
Msg(detail=davids, body=twoonebody)

// 試試new ArrayList<>(source);
public static void main( String[] args ) {
    List<Msg> msgs = new ArrayList<>();
    Msg msg1 = new Msg("davids", "body");
    msgs.add(msg1);
    List<Msg> one = new ArrayList<>(msgs);
    for (Msg msg : one) {
        msg.setBody("one" + msg.getBody());
        System.out.println(msg);
    }

    List<Msg> two = new ArrayList<>(msgs);
    for (Msg msg : two) {
        msg.setBody("two" + msg.getBody());
        System.out.println(msg);
    }
}
// output 跟new之前一樣
Msg(detail=davids, body=onebody)
Msg(detail=davids, body=twoonebody)
// 看看源碼
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
   elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
        	// 內部採用的Arrays.copyOf，看看裏面是什麼
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}
// Arrays.copyOf
public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
    @SuppressWarnings("unchecked")
    T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
        ? (T[]) new Object[newLength]
        : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
    // 內部調用System.arraycopy 表面上生成了一個新數組，其實指針指向的是同一塊內存
    System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                     Math.min(original.length, newLength));
    return copy;
}

// 試試target.addAll(source );
public static void main( String[] args ) {
    List<Msg> msgs = new ArrayList<>();
    Msg msg1 = new Msg("davids", "body");
    msgs.add(msg1);
    List<Msg> one = new ArrayList<>();
    one.addAll(msgs);
    for (Msg msg : one) {
        msg.setBody("one" + msg.getBody());
        System.out.println(msg);
    }

    List<Msg> two = new ArrayList<>();
    two.addAll(msgs);
    for (Msg msg : two) {
        msg.setBody("two" + msg.getBody());
        System.out.println(msg);
    }
}
// output 還是跟之前一樣
Msg(detail=davids, body=onebody)
Msg(detail=davids, body=twoonebody)
// 看看源碼
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    ensureCapacityInternal(size + numNew);
    // 同樣使用的是System.arraycopy 表面上生成了一個新數組，其實指針指向的是同一塊內存
    System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
    size += numNew;
    return numNew != 0;
}

如何深拷貝

1. 使用反射獲取源對象的成員變量進行設置（如：常見的BeanUtils，org.apache.commons.BeanUtils / org.springframework.beans.BeanUtils等）
   1. BeanUtils.cloneBean()
   2. BeanUtils.copyProperties()
2. 使用IO序列化（HuTool）
   1. cn.hutool.core.util.ObjectUtil.cloneByStream

深拷貝示例

// BeanUtils.cloneBean
@SneakyThrows
public static void main( String[] args ) {
    List<Msg> msgs = new ArrayList<>();
    Msg msg1 = new Msg("davids", "body");
    msgs.add(msg1);
    for (Msg msg : msgs) {
        Msg msg2 = (Msg) BeanUtils.cloneBean(msg);
        msg2.setBody("one" + msg2.getBody());
        System.out.println(msg2);
    }

    for (Msg msg : msgs) {
        Msg msg2 = (Msg) BeanUtils.cloneBean(msg);
        msg2.setBody("two" + msg2.getBody());
        System.out.println(msg2);
    }
}
// output ok
Msg(detail=davids, body=onebody)
Msg(detail=davids, body=twobody)

// IO序列化
public static void main( String[] args ) {
   List<Msg> msgs = new ArrayList<>();
    Msg msg1 = new Msg("davids", "body");
    msgs.add(msg1);
    List<Msg> one = ObjectUtil.cloneByStream(msgs);
    for (Msg msg : one) {
        msg.setBody("one" + msg.getBody());
        System.out.println(msg);
    }

    List<Msg> two = ObjectUtil.cloneByStream(msgs);
    for (Msg msg : two) {
        msg.setBody("two" + msg.getBody());
        System.out.println(msg);
    }
}
// output ok
Msg(detail=davids, body=onebody)
Msg(detail=davids, body=twobody)

兩種深拷貝性能比較

反射相對於IO序列化更依賴CPU和內存，IO序列化則相對而言更依賴內存和磁盤，我本機測試10w、100w、500w情況下IO序列化都略優於反射。