深入淺出Java clone技術

這是clone技術介紹的第一篇。本篇主要介紹對象clone技術的基本知識。

Clone基本知識儲備
在Java裡提到clone技術，就不能不提java.lang.Cloneable介面和含有clone方法的Object類。所有具有clone功能的類都有一個特性，那就是它直接或間接地實現了Cloneable介面。否則，我們在嘗試調用clone（）方法時，將會觸發CloneNotSupportedException異常。下面我們通過對Object類的部分源碼的分析，來發現和理解這一特性。請看JDK中Object# clone()方法的源碼：

/*

…………

* @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;



這段源碼的@exception部分的描述內容證實了上文關於clone對象特性論斷的正確性。它明確指出對象類必須支援Cloneable介面，否則即使衍生類別覆蓋了Object#clone()方法，也同樣會拋出CloneNotSupportedException這個異常。關於覆蓋clone()方法，後續文章將會用專門篇幅進行比較詳細的分析.


在上一篇中，介紹了java裡clone的基本知識。本篇將著重描述如何?clone。





l clone的實現

1.實現Cloneable介面

通過上一篇的介紹，我們知道，一個類若要具備clone功能，就必須實現Cloneable介面。做到這一步，clone功能已經基本實現了。Clone功能對我們來說，最主要的還是要能夠使用它。那麼我們如何才能使用clone功能呢？答案是覆蓋Object#clone()方法。

2. 覆蓋Object#clone()方法

為什麼需要覆蓋Object#clone()方法？這裡得再次從jdk源碼說起。JDK中Object# clone()方法的原型是：

protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

是否注意到，這裡clone()方法修飾符是protected，而不是public。這種訪問的不可見度使得我們對Object#clone()方法不可見。相信讀者已明白為什麼要覆蓋Object#clone()方法。而且，覆蓋的方法的修飾符必須是public，如果還保留為protected，覆蓋將變得沒有實際意義。下面舉一個具有clone功能的簡單的例子：

/*

* 具有clone功能的類的例子

*/

public class CloneableObjExample implements Cloneable {

//……部分代碼已省略……

private String name = null;

private int score = 0;





/**

* NOTE: 將protected 修飾符 更改為 public

* @see java.lang.Object#clone()

*/

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

// call父類的clone方法

Object result = super.clone();



//TODO: 定製clone資料

return result;

}

}

3.定製clone

至此，clone已經真相大白。Clone的對象我們可以對其進行定製。還就上面的例子來說。下面的方法對功能做了一定的增強：

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

// call父類的clone方法

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



//TODO: 定製clone資料

//雖然”clone”了，但還可以做點調整

result.name = “New Name”;



result.score = 90;

return result;

}





本篇介紹了如何?clone。接下來的篇幅將就縱深clone等clone的進階特性進行分析。


本章將進入clone的進階特性，著重講述縱深clone技術。

Clone通常有兩種類型即淺clone和深clone。首先，分析一下兩種的不同。淺clone和深clone都是clone，它們本質區別是對象內部的成員屬性（非原生類型屬性，如int等）在clone時是否處理為引用。如果仍然保留為引用，則稱為淺clone，反之稱為深clone。其實這兩個概念也是相對的概念。在處理上它們有點區別，淺clone方式得到clone對象即可，深clone方式在得到clone對象後，還需要對引用的成員屬性進行“clone”處理。從這個層次上說，深clone並沒有什麼特別地困難，簡單講就是建立好對象，再設定一些成員屬性。關於深clone，網上的文章已經有太多，有點目不暇接的感覺，本文不再贅述，這也不是本文的重點。

本文的重點是要闡述縱深clone，亦即“N深clone”。深到什麼程度為止？本文描述的目標是一直深到你想要的程度，包括深到不能再深的程度。

實現方案為採用java reflection技術和遞迴相結合。

大致步驟描述如下：首先採用java reflection技術動態擷取成員方法列表。然後視clone的深度，對具備clone條件的並且有必要clone的成員進行逐一clone。這是一個遞迴的過程，直到clolne深度已到為止或者到對象已經沒有需要clone的成員屬性為止。

何為具備clone條件的並且有必要clone的成員進行逐一clone？比如，原生類型（primitive type），定為瞬態（Transient）的類型，不可訪問的類型（!Field#isAccessible()），沒實現Cloneable介面的類型等等，都不具備clone條件。String等java定義的類型就不需要再深入clone了，這些屬於沒必要進行clone的情況。但List類型等“容器”類是有必要clone的成員類型。

據此，遞迴程式示意如下（deepClone為java 方法）：

/**

* @return Object 返回clone的對象

* @param obj 原對象

* @param length clone的深度

*/

public Object deepClone(Object obj, int length) {

Object result = obj;

//此處為虛擬碼： 如果對象obj不具備clone條件，就返回result，這也是遞迴的結束條件。





//此處為虛擬碼： 如果對象obj沒必要clone，就返回result





//此處為虛擬碼：開始進行“clone”對象。這地方是調一個抽象方法來處理，這樣可以增加很多靈活性。該方法主要目的是實現“clone”對象方案。注意：這裡面的“clone”方案可能是我們想都想不到的方案，它可能有很多創意，但效果都是一樣的，就是要“clone”個新的對象出來。當然最容易想的就是Object#clone()方法了。示意如下：

result = om.clone(obj);



//此處為虛擬碼： 擷取具備clone條件的並且有必要clone的所有成員。這地方也是調一個抽象方法來處理。同樣是為了增強靈活性。擷取這些成員的方法有很多，可能是通過setter和getter對來得到，也可能是通過get fields 等等方法得到(這種方法可能不少成員是無法直接存取的，往往需要結合別的方法)，甚至是多種方法的綜合。總之，目的只有一個，就是獲得這些成員。





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

//對成員進行處理





//如果已不需要再判斷成員了，那除了“容器”成員外，已經clone結束

if (length <= 1) {

if (!“容器”成員) {

continue;

}

try {

//只需clone一次了，注意遞迴方法的深度參數傳入1

clonedFieldValue = deepClone(“容器”成員的值, 1);

} catch (Exception ex2) {

ex2.printStackTrace();

return result;

}

} else {

try {

clonedFieldValue = deepClone(成員的值, length - 1);

} catch (Exception ex) {

ex.printStackTrace();

return result;

}

}

try {

//此處為虛擬碼：將clone好的值（clonedFieldValue）設進去

} catch (Exception ex) {

ex.printStackTrace();

return result;

}

}//for..

return result;

}





至此，已完成了“N深clone”。下面討論一下別的相關問題。比如說這種深度clone原本是A-->B-->C--……-->xz這樣一種情況，就是說A類含有B成員，B裡面又含有C成員，依此類推。如果想在“N深clone”時，只clone“xz”這個成員怎麼辦？其實很簡單，這個問題主要是要解決在遞迴過程中有些成員需要clone同時有些成員不需clone仍保留引用這個問題。在上面的遞迴樣本中已經提到，實現“clone”的“方案”已經被定義成抽象方法，那麼我們只要對這個方法做一個滿足這個需求的實現即可。