Java深拷贝与序列化
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IT文章
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2024-01-23 10:52:43
对基本类型的变量进行拷贝非常简单,直接赋值给另外一个对象即可:
1 int b = 50;
2 int a = b; // 基本类型赋值
对于引用类型的变量(例如 String),情况稍微复杂一些,因为直接等号赋值只是复制了一份引用,而复制前后的两个引用指向的是内存中的同一个对象。
要想实现引用类型的拷贝,可以通过实现 Cloneable 接口,并覆盖其中的 clone 方法来实现。
看一个例子,首先定义一个待拷贝的 Student 类,为简单起见,只设置了一个 name 属性
1 class Student implements Cloneable{
2 private String name;
3
4 public String getName() {
5 return name;
6 }
7
8 public void setName(String name) {
9 this.name = name;
10 }
11
12 @Override
13 public Object clone(){
14 Student s = null;
15 try{
16 s = (Student)super.clone();
17 }catch(Exception e){
18 e.printStackTrace();
19 }
20 return s;
21 }
22 }
Student
可以看到,在 clone 方法里实际上是调用了 super.clone() 方法
接下来对这个类进行复制,只需要调用 clone 方法即可:
1 public void deepCopy(){
2 Student s1 = new Student();
3 s1.setName("zhang");
4
5 Student s2 = (Student) s1.clone();
6 s1.setName("wang");
7 System.out.println(s1.getName());
8 System.out.println(s2.getName());
9 }
deepCopy
输出结果为:
由于s1修改了name属性值,输出的结果中s1和s2的name属性并不相同,说明这两个引用指向了不同的 Student 对象,实现了对象拷贝。
但是,如果在Student中间添加一个引用对象,那么这种拷贝方式就会产生问题。
为了说明问题,定义一个Car类,同样只有一个name属性:
1 class Car{
2 private String name;
3
4 public String getName() {
5 return name;
6 }
7
8 public void setName(String name) {
9 this.name = name;
10 }
11 }
Car类定义
对 Student 类进行修改,添加一个 Car 类型的属性(略去这部分代码),在 deepCopy 方法里面对 Car 的 name 值进行修改,如下:
1 public void deepCopy(){
2 Student s1 = new Student();
3 s1.setName("zhang");
4 Car car = new Car();
5 car.setName("Audi");
6 s1.setCar(car);
7
8 Student s2 = (Student) s1.clone();
9 s1.setName("wang");
10 car.setName("BMW");
11 System.out.println(s1.getName());
12 System.out.println(s2.getName());
13 System.out.println(s1.getCar().getName());
14 System.out.println(s2.getCar().getName());
15 }
修改后的deepCopy
修改后的输出结果如下:
我们发现,对于 Car 类型的复制出现了问题,s1 和 s2 的Car属性的 name 值是相同的,都是修改后的 BMW,可以推测 s1 和 s2 的 Car 属性指向了内存中的同一个对象。通过s1.getCar() == s2.getCar() 进行验证,输出为 true,说明确实引用了同一个对象。
出现问题的原因是,上面的方法是浅拷贝方法。所谓浅拷贝,是指拷贝对象的时候只是对其中的基本类型属性进行复制,而并不拷贝对象中的引用属性。而我们想要实现的效果是连同 Student 中的引用类型属性一起复制,这就是深拷贝。深拷贝是一个整个独立的对象拷贝,深拷贝会拷贝所有的属性,并拷贝属性指向的动态分配的内存。当对象和它所引用的对象一起拷贝时即发生深拷贝。深拷贝相比于浅拷贝速度较慢并且花销较大
为了解决这个问题,一种可行的方式是让 Car 类也实现 Cloneable 接口,并覆盖 clone 方法,在 Student 类的 clone 方法里加上一行代码:
this.car = (Car)car.clone()
这样的确能够解决 Car 没有复制的问题,然而如果 Student 中有多个引用类型属性,这些对象有可能也会有其他的引用类型属性,那么上面这种做法就要去所有的相关类都要实现 Cloneable 接口,并覆盖 clone 方法,不仅麻烦,而且非常不利于后期维护和扩展。
一种比较优雅的做法是利用 Java 的序列化和反序列化实现深拷贝。序列化是指将对象转换成字节序列的过程,反序列化是指将字节序列还原成对象的过程。一般在对象持久化保持或者进行网络传输的时候会用到序列化。【需要注意的是 static 和 transient 类型的变量不会被序列化】
利用序列化和反序列化进行深拷贝比较简单,只需要实现 Serializable 接口就行。我们对Student类就行修改,如下:
1 class Student implements Serializable{
2
3 //private static final long serialVersionUID = 1L;
4
5 private String name;
6 private Car car;
7
8 public Car getCar() {
9 return car;
10 }
11
12 public void setCar(Car car) {
13 this.car = car;
14 }
15
16 public String getName() {
17 return name;
18 }
19
20 public void setName(String name) {
21 this.name = name;
22 }
23 }
修改后的Student
这里暂时忽略其中的 serialVersionUID 属性,让Car类也同样实现 Serializable 接口,之后定义一个深拷贝的方法:
1 public void deepCopyWithSerialize(){
2 Student s1 = new Student();
3 s1.setName("zhang111");
4 Car car = new Car();
5 car.setName("Audi");
6 s1.setCar(car);
7
8 ObjectOutputStream oo;
9 try {
10 oo = new ObjectOutputStream (new FileOutputStream("a.txt"));
11 oo.writeObject(s1);
12 oo.close();
13
14 ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("a.txt"));
15 Student s2 = (Teacher) ois.readObject();
16
17 s1.setName("wahah");
18 car.setName("BMW");
19 System.out.println(s1.getName());
20 System.out.println(s2.getName());
21 System.out.println(s1.getCar().getName());
22 System.out.println(s2.getCar().getName());
23 } catch (IOException e) {
24 // TODO Auto-generated catch block
25 e.printStackTrace();
26 } catch (ClassNotFoundException e) {
27 // TODO Auto-generated catch block
28 e.printStackTrace();
29 }
30
31 }
deepCopyWithSerialize
输出结果为:
wahah
zhang111
BMW
Audi
输出结果
可以看出,成功实现了对象的深拷贝。这里选择了利用文件来保存序列化的对象,也可以选择其他的形式,例如 ByteArrayOutputStream
1 ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
2 ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(baos);
3 oos.writeObject(s1);
4
5 // 从流中读出对象
6 ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray());
7 ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bais)
8 Student s2 = ois.readObject();
ByteArrayOutputStream序列化
接下来解释一下刚才忽略的 serialVersionUID,根据名字知道这是一个与对象的状态有关的变量,如果代码中没有定义这样的变量,那么在运行的时候会按照一定的方式自动生成,在反序列化的时候会对这个值进行判断,如果两个值不相等,会抛出 InvalidClassException 。由于计算默认的 serialVersionUID 对类的详细信息具有较高的敏感性,一般建议在序列化的时候主动提供这个参数。
【总结】
① Cloneable 接口的 clone 方法默认是浅拷贝,需要自行覆盖才能实现深拷贝。
② 使用 Serializable 序列化的方式实现深拷贝比较简单,但是需要注意定义 serialVersionUID 的值,并且 static 和 transient 类型的变量不会被序列化。
【参考资料】
本文的内容主要参考了以下的博客,在此表示感谢
Benson的专栏-Java如何复制对象
田木木-深克隆
请叫我大师兄-Java 之 Serializable 序列化和反序列化的概念,作用的通俗易懂的解释
Java中的关键字 transient
Java序列化之排除被序列化字段(transient/静态变量)