深入浅出Java clone技术

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  这是clone技术介绍的第一篇。本篇主要介绍对象clone技术的基本知识。

Clone基本知识储备
在Java里提到clone技术,就不能不提java.lang.Cloneable接口和含有clone方法的Object类。所有具有clone功能的类都有一个特性,那就是它直接或间接地实现了Cloneable接口。否则,我们在尝试调用clone()方法时,将会触发CloneNotSupportedException异常。下面我们通过对Object类的部分源码的分析,来发现和理解这一特性。请看JDK中Object# clone()方法的源码:

/*

…………

* return a clone of this instance.
* exception? CloneNotSupportedException? if the object's class does not
*support the Cloneable interface. Subclasses
*that override the clone method can also
* throw this exception to indicate that an instance cannot
*be cloned.
* see java.lang.Cloneable
*/


protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;



这段源码的exception部分的描述内容证实了上文关于clone对象特性论断的正确性。它明确指出对象类必须支持Cloneable接口,否则即使派生类覆盖了Object#clone()方法,也同样会抛出CloneNotSupportedException这个异常。关于覆盖clone()方法,后续文章将会用专门篇幅进行比较详细的分析.


在上一篇中,介绍了java里clone的基本知识。本篇将着重描述如何实现clone。





l clone的实现

1.实现Cloneable接口

通过上一篇的介绍,我们知道,一个类若要具备clone功能,就必须实现Cloneable接口。做到这一步,clone功能已经基本实现了。Clone功能对我们来说,最主要的还是要能够使用它。那么我们如何才能使用clone功能呢?答案是覆盖Object#clone()方法。

2. 覆盖Object#clone()方法

为什么需要覆盖Object#clone()方法?这里得再次从jdk源码说起。JDK中Object# clone()方法的原型是:

protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

是否注意到,这里clone()方法修饰符是protected,而不是public。这种访问的不可见性使得我们对Object#clone()方法不可见。相信读者已明白为什么要覆盖Object#clone()方法。而且,覆盖的方法的修饰符必须是public,如果还保留为protected,覆盖将变得没有实际意义。下面举一个具有clone功能的简单的例子:

/*

* 具有clone功能的类的例子

*/

public class CloneableObjExample implements Cloneable {

//……部分代码已省略……

private String name = null;

private int score = 0;





/**

* NOTE: 将protected 修饰符 更改为 public

* see java.lang.Object#clone()

*/

public/*protected*/ Object clone() throws CloneNotSupportedException {

// call父类的clone方法

Object result = super.clone();



//TODO: 定制clone数据

return result;

}

}

3.定制clone

至此,clone已经真相大白。Clone的对象我们可以对其进行定制。还就上面的例子来说。下面的方法对功能做了一定的增强:

public/*protected*/ Object clone() throws CloneNotSupportedException {

// call父类的clone方法

CloneableObjExample result = (CloneableObjExample)super.clone();



//TODO: 定制clone数据

//虽然”clone”了,但还可以做点调整

result.name = “New Name”;



result.score = 90;

return result;

}





本篇介绍了如何实现clone。接下来的篇幅将就纵深clone等clone的高级特性进行分析。


本章将进入clone的高级特性,着重讲述纵深clone技术。

Clone通常有两种类型即浅clone和深clone。首先,分析一下两种的不同。浅clone和深clone都是clone,它们本质区别是对象内部的成员属性(非原生类型属性,如int等)在clone时是否处理为引用。如果仍然保留为引用,则称为浅clone,反之称为深clone。其实这两个概念也是相对的概念。在处理上它们有点区别,浅clone方式得到clone对象即可,深clone方式在得到clone对象后,还需要对引用的成员属性进行“clone”处理。从这个层次上说,深clone并没有什么特别地困难,简单讲就是创建好对象,再设置一些成员属性。关于深clone,网上的文章已经有太多,有点目不暇接的感觉,本文不再赘述,这也不是本文的重点。

本文的重点是要阐述纵深clone,亦即“N深clone”。深到什么程度为止?本文描述的目标是一直深到你想要的程度,包括深到不能再深的程度。

实现方案为采用java reflection技术和递归相结合。

大致步骤描述如下:首先采用java reflection技术动态获取成员方法列表。然后视clone的深度,对具备clone条件的并且有必要clone的成员进行逐一clone。这是一个递归的过程,直到clolne深度已到为止或者到对象已经没有需要clone的成员属性为止。

何为具备clone条件的并且有必要clone的成员进行逐一clone?比如,原生类型(primitive type),定为瞬态(Transient)的类型,不可访问的类型(!Field#isAccessible()),没实现Cloneable接口的类型等等,都不具备clone条件。String等java定义的类型就不需要再深入clone了,这些属于没必要进行clone的情况。但List类型等“容器”类是有必要clone的成员类型。

据此,递归程序示意如下(deepClone为java 方法):

/**

* return Object 返回clone的对象

* param obj 原对象

* param length clone的深度

*/

public Object deepClone(Object obj, int length) {

Object result = obj;

//此处为伪代码: 如果对象obj不具备clone条件,就返回result,这也是递归的结束条件。





//此处为伪代码: 如果对象obj没必要clone,就返回result





//此处为伪代码:开始进行“clone”对象。这地方是调一个抽象方法来处理,这样可以增加很多灵活性。该方法主要目的是实现“clone”对象方案。注意:这里面的“clone”方案可能是我们想都想不到的方案,它可能有很多创意,但效果都是一样的,就是要“clone”个新的对象出来。当然最容易想的就是Object#clone()方法了。示意如下:

result = om.clone(obj);



//此处为伪代码: 获取具备clone条件的并且有必要clone的所有成员。这地方也是调一个抽象方法来处理。同样是为了增强灵活性。获取这些成员的方法有很多,可能是通过setter和getter对来得到,也可能是通过get fields 等等方法得到(这种方法可能不少成员是无法直接访问的,往往需要结合别的方法),甚至是多种方法的综合。总之,目的只有一个,就是获得这些成员。





for (int i = 0; i < fields.length; i++) {

//对成员进行处理





//如果已不需要再判断成员了,那除了“容器”成员外,已经clone结束

if (length <= 1) {

if (!“容器”成员) {

continue;

}

try {

//只需clone一次了,注意递归方法的深度参数传入1

clonedFieldValue = deepClone(“容器”成员的值, 1);

} catch (Exception ex2) {

ex2.printStackTrace();

return result;

}

} else {

try {

clonedFieldValue = deepClone(成员的值, length - 1);

} catch (Exception ex) {

ex.printStackTrace();

return result;

}

}

try {

//此处为伪代码:将clone好的值(clonedFieldValue)设进去

} catch (Exception ex) {

ex.printStackTrace();

return result;

}

}//for..

return result;

}





至此,已完成了“N深clone”。下面讨论一下别的相关问题。比如说这种深度clone原本是A-->B-->C--……-->xz这样一种情况,就是说A类含有B成员,B里面又含有C成员,依此类推。如果想在“N深clone”时,只clone“xz”这个成员怎么办?其实很简单,这个问题主要是要解决在递归过程中有些成员需要clone同时有些成员不需clone仍保留引用这个问题。在上面的递归示例中已经提到,实现“clone”的“方案”已经被定义成抽象方法,那么我们只要对这个方法做一个满足这个需求的实现即可。




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