Java實例 Part6：Java中的克隆

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Part6：Java中的克隆 @[toc] Example01：Java對象的假克隆 對象的克隆是Java中的一項高級技術，獲得與其相同的對象。   基本數據類型可以使用“=”來進行克隆，此時兩個變數除了相等是沒有任何關係的。而對於引用類型數據不能簡單地使用“=”進行克隆，這與J ...


目錄

Part6：Java中的克隆

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Example01：Java對象的假克隆

  • 對象的克隆是Java中的一項高級技術，獲得與其相同的對象。

  基本數據類型可以使用“=”來進行克隆，此時兩個變數除了相等是沒有任何關係的。而對於引用類型數據不能簡單地使用“=”進行克隆，這與Java的記憶體空間使用有關。   
  Java將記憶體空間分成兩塊，即棧和堆。在棧中保存基本類型和引用變數；在堆中保存對象。對於引用變數而言，使用“=”將修改引用，而不是複製堆中的對象。此時兩個引用變數將指向同一個對象。因此，如果一個變數對其修改則會改變另一個變數。

運行結果：
在這裡插入圖片描述
代碼實現：

public class Employee {
    private String name;
    private int age;

    //省略set()和get()方法
    
    @Override
    public String toString() {
        return "Employee{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("-----克隆之前：--------");
        Employee employee1 = new Employee();
        employee1.setName("hyn");
        employee1.setAge(20);
        System.out.println("員工1的信息：\n"+employee1);

        System.out.println("-----克隆之後：--------");
        Employee employee2 = employee1;   //將employee1賦值給employee2
        employee2.setName("azw");
        employee2.setAge(21);
        System.out.println("員工1的信息：\n"+employee1);
        System.out.println("員工2的信息：\n"+employee2);
    }
}

Example02：Java對象的淺克隆

  在克隆對象時，如果對象的成員變數是基本數據類型，則使用淺克隆即可完成。如果對象的成員變數包括可變引用類型，則需要深克隆。

運行結果：
在這裡插入圖片描述
代碼實現：

//Address.java
    public class Address {
        private String state;      //所在國家
        private String province;   //所在省
        private String city;       //所在城市
    
        public Address(String state, String province, String city) {
            this.state = state;
            this.province = province;
            this.city = city;
        }
    
        //省略set()和get()方法
        
        @Override
        public String toString() {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            sb.append("國家："+state+"，");
            sb.append("省："+province+"，");
            sb.append("市："+city);
            return sb.toString();
        }
    }
//Employee.java
    public class Employee implements Cloneable{
        private String name;
        private int age;
        private Address address;
    
        public Employee(String name, int age, Address address) {
            this.name = name;
            this.age = age;
            this.address = address;
        }
        //省略set()和get()方法
        
        @Override
        public String toString() {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            sb.append("姓名："+name+"，");
            sb.append("年齡："+age+"，");
            sb.append("\n地址："+address);
            return sb.toString();
        }
    
        @Override
        public Employee clone() throws CloneNotSupportedException {      //實現淺克隆
            Employee employee = (Employee) super.clone();
            return employee;
        }
    }

測試代碼：

class Test {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("*****克隆之前：******");
        Address address = new Address("中國", "湖北", "武漢");
        Employee employee1 = new Employee("azw", 20, address);
        System.out.println("員工1的信息：\n" + employee1);          //employee1的信息

        System.out.println("*****克隆之後：******");
        Employee employee2 = employee1.clone();  //使用克隆創建Employee2
        employee2.getAddress().setState("中國");   //修改地址
        employee2.getAddress().setProvince("黑龍江");
        employee2.getAddress().setCity("哈爾濱");
        employee2.setName("hyn");
        employee2.setAge(21);
        System.out.println("員工1的信息：\n" + employee1);

        System.out.println("員工2的信息：\n" + employee2);
    }
}
  • 如果引用類型是不可變的，如String類對象，則不必進行深克隆。
    ***

Example03：Java對象的深克隆

  • 如果類的成員變數中包括可變引用類型，則需進行深克隆。

運行結果：
在這裡插入圖片描述
代碼實現：

//Address.java
public class Address implements Cloneable{
    private String state;      //所在國家
    private String province;   //所在省
    private String city;       //所在城市

    public Address(String state, String province, String city) {
        this.state = state;
        this.province = province;
        this.city = city;
    }

    //省略set()和get()方法
    
    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("國家："+state+"，");
        sb.append("省："+province+"，");
        sb.append("市："+city);
        return sb.toString();
    }
    //---------------------------
    @Override
    public Address clone() throws CloneNotSupportedException { 
 //Address類中的域不是基本類型就是不可變類型，所以可以直接使用淺克隆
        Address address = (Address) super.clone();
        return address;
    }
    //---------------------------
}

//Employee.java
public class Employee implements Cloneable{
    private String name;
    private int age;
    private Address address;

    public Employee(String name, int age, Address address) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
    }

    //省略set()和get()方法
    
    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("姓名："+name+"，");
        sb.append("年齡："+age+"，");
        sb.append("\n地址："+address);
        return sb.toString();
    }

    @Override
    public Employee clone() throws CloneNotSupportedException {      //實現深克隆
        Employee employee = (Employee) super.clone();
        //---------------------------------
        employee.address = address.clone();
        //---------------------------------
        return employee;
    }
}

//測試代碼同Example02測試代碼.
  • 要點：通常情況下，需要用到克隆對象時都需要使用深克隆。
    ***

Example04：序列化與對象克隆

  如果類的成員變數比較複雜，例如使用了多個可變的引用類型，使用clone()方法是非常麻煩的，所以可以考慮序列化的方式完成克隆。
運行結果：
在這裡插入圖片描述
代碼實現：

import java.io.Serializable;

public class Employee implements Serializable {
    //同Example04中Employee.java的代碼
}

public class Address implements Serializable {
    //同Example04中Assress.java的代碼
}

測試代碼：

class Test {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        System.out.println("*****序列化之前：******");
        Address address = new Address("中國", "湖北", "武漢");
        Employee employee1 = new Employee("azw", 20, address);
        System.out.println("員工1的信息：\n" + employee1);          //employee1的信息

        System.out.println("*****序列化之後：******");
        Employee employee2 = null;

        ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("E:\\employee.txt"));
        out.writeObject(employee1);    //將對象寫入到本地文件中

        ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("E:\\employee.txt"));
        employee2 = (Employee)in.readObject();   //從本地文件中讀取對象

        if (employee2 != null) {
            employee2.getAddress().setState("中國");   //修改地址
            employee2.getAddress().setProvince("黑龍江");
            employee2.getAddress().setCity("哈爾濱");
            employee2.setName("hyn");
            employee2.setAge(21);
            System.out.println("員工1的信息：\n" + employee1);
            System.out.println("員工2的信息：\n" + employee2);
        }
    }
}

要點：進行序列化的類需要實現Serializable介面，該介面中並沒有定義任何方法，是一個標識介面。如果類中有可變的引用類型成員變數，則該變數需要實現Serializable介面。本實例採用將對象寫入本地文件的方式完成序列化。
***

Example05：深克隆和序列化的效率比較

  • 通過使用這兩種方式克隆100000個對象，並輸出花費的時間來比較這兩種方法的效率。

運行結果：
在這裡插入圖片描述
代碼實現：

import java.io.Serializable;

public class Employee implements Cloneable,Serializable {
    private String name;
    private int age;

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

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("姓名："+name+"，");
        sb.append("年齡："+age+"，");
        return sb.toString();
    }

    @Override
    public Employee clone() throws CloneNotSupportedException {    //使用父類的clone()方法實現深克隆
        Employee employee = (Employee) super.clone();
        return employee;
    }
}
測試代碼：
import java.io.*;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

class Test {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException, CloneNotSupportedException {
        List<Employee> employees = new ArrayList<Employee>();   //創建列表保存對象
        Employee employee = new Employee("azw", 20);   //創建對象
        long currentTime = System.currentTimeMillis();   //獲得當前系統時間
        //使用克隆方式獲得對象
        for (int i = 0;i<100000;i++){
            employees.add(employee.clone());
        }
        System.out.println("克隆花費的時間："+(System.currentTimeMillis()-currentTime)+"毫秒");

        currentTime = System.currentTimeMillis();   //獲得當前系統時間
        for (int i = 0;i<100000;i++){
            ByteArrayOutputStream bout = new ByteArrayOutputStream();   //創建位元組數組輸出流
            ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(bout);  //創建對象輸出流
            out.writeObject(employee);   //將對象寫入到輸出流中
            //獲得位元組輸出流內容
            ByteArrayInputStream bin = new ByteArrayInputStream(bout.toByteArray());
            ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(bin);   //創建對象輸入流
            employees.add((Employee) in.readObject());   //讀取對象
        }
        System.out.println("序列化花費的時間："+(System.currentTimeMillis()-currentTime)+"毫秒");
    }
}

要點：使用ByteArrayOutputStream和ByteArrayInputStream可以將對象保存在記憶體中，這樣就不必產生一個本地文件來完成序列化的功能。
***

假克隆、淺克隆和深克隆的應用範圍

假克隆 基本數據類型
淺克隆 基本數據類型、不可變引用類型
深克隆 可變引用類型

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