Java对象克隆与比较方法解析

# Java对象克隆与比较方法解析 ## 1. 谨慎重写clone方法 ### 1.1 Cloneable接口的问题 Cloneable接口本意是作为混合接口，让类声明自己支持克隆。然而，它存在严重缺陷，其本身没有`clone`方法，而`Object`类的`clone`方法是受保护的。若不借助反射，仅因为一个对象实现了`Cloneable`接口，是无法调用其`clone`方法的，即便使用反射调用也可能失败，因为不能保证对象有可访问的`clone`方法。 ### 1.2 Cloneable接口的作用 虽然`Cloneable`接口没有方法，但它决定了`Object`类受保护的`clone`方法的行为：若一个类实现了`Cloneable`接口，`Object`的`clone`方法会返回该对象的逐字段副本；否则，会抛出`CloneNotSupportedException`异常。这是一种非常特殊的接口使用方式，不建议模仿。 ### 1.3 clone方法的通用约定 - `x.clone() != x`通常为`true`。 - `x.clone().getClass() == x.getClass()`通常为`true`。 - `x.clone().equals(x)`通常为`true`，但这些都不是绝对要求。 按惯例，`clone`方法返回的对象应通过调用`super.clone`获得。返回的对象应独立于被克隆的对象，可能需要在返回前修改`super.clone`返回对象的一个或多个字段。 ### 1.4 不同情况的克隆实现 #### 1.4.1 无可变状态引用的类 若类的所有字段都是基本类型或对不可变对象的引用，调用`super.clone`后可能无需进一步处理。例如`PhoneNumber`类： ```java // Clone method for class with no references to mutable state @Override public PhoneNumber clone() { try { return (PhoneNumber) super.clone(); } catch (CloneNotSupportedException e) { throw new AssertionError(); // Can't happen } } ``` #### 1.4.2 有可变状态引用的类 若对象包含对可变对象的引用，简单的克隆实现可能会导致问题。以`Stack`类为例，若克隆方法仅返回`super.clone()`，修改原对象会破坏克隆对象的不变性，反之亦然。正确的做法是递归克隆内部数组： ```java // Clone method for class with references to mutable state @Override public Stack clone() { try { Stack result = (Stack) super.clone(); result.elements = elements.clone(); return result; } catch (CloneNotSupportedException e) { throw new AssertionError(); } } ``` #### 1.4.3 具有复杂可变状态的类 对于像`HashTable`这样内部结构复杂的类，仅递归克隆数组可能不够，还需要复制链表。可以使用递归或迭代的方式来实现： ```java // Recursive clone method for class with complex mutable state public class HashTable implements Cloneable { private Entry[] buckets = ...; private static class Entry { final Object key; Object value; Entry next; Entry(Object key, Object value, Entry next) { this.key = key; this.value = value; this.next = next; } // Recursively copy the linked list headed by this Entry Entry deepCopy() { return new Entry(key, value, next == null ? null : next.deepCopy()); } } @Override public HashTable clone() { try { HashTable result = (HashTable) super.clone(); result.buckets = new Entry[buckets.length]; for (int i = 0; i < buckets.length; i++) if (buckets[i] != null) result.buckets[i] = buckets[i].deepCopy(); return result; } catch (CloneNotSupportedException e) { throw new AssertionError(); } } ... // Remainder omitted } ``` 迭代复制链表的方式： ```java // Iteratively copy the linked list headed by this Entry Entry deepCopy() { Entry result = new Entry(key, value, next); for (Entry p = result; p.next != null; p = p.next) p.next = new Entry(p.next.key, p.next.value, p.next.next); return result; } ``` ### 1.5 克隆复杂可变对象的另一种方法 还可以先调用`super.clone`，将结果对象的所有字段设置为初始状态，然后调用更高级的方法来重新生成原对象的状态。但这种方法与`Cloneable`架构相悖，因为它盲目覆盖了逐字段复制的基础。 ### 1.6 设计可继承类时的选择 设计可继承类时，不应实现`Cloneable`接口。可以选择实现一个正常工作的受保护`clone`方法，并声明抛出`CloneNotSupportedException`，让子类自由选择是否实现`Cloneable`；或者提供一个退化的`clone`实现，防止子类实现克隆： ```java // clone method for extendable class not supporting Cloneable @Override protected final Object clone() throws CloneNotSupportedException { throw new CloneNotSupportedException(); } ``` ### 1.7 线程安全类的克隆 若编写一个实现`Cloneable`的线程安全类，要确保其`clone`方法正确同步，因为`Object`的`clone`方法未同步。 ### 1.8 替代克隆的方法 通常，提供复制构造函数或复制工厂是更好的对象复制方式。复制构造函数接受一个与自身类型相同的参数，复制工厂是静态工厂方法。它们具有诸多优