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Java 中使用 Gson 实现深度克隆 #什么是深克隆与浅克隆？#clone方法为什么不能直接通过某个对象实例在外部类调用？

news 2024/11/15 8:45:48

🌐Gson的jar包提供到本文上方，欢迎自取🌐

前言

🌐在 Java 编程中，克隆对象是一项常见的需求，特别是在处理不可变对象、避免引用传递时，深度克隆显得尤为重要。虽然 Java 提供了 clone() 方法，但由于它的限制（如 Cloneable 接口的复杂性），实际项目中并不常用。为此，许多开发者选择使用第三方工具来实现深度克隆，其中，Gson 是一个非常流行且简洁的解决方案。

本文将介绍什么是深度克隆与浅克隆、clone（）方法调用的细节问题和如何通过 Gson 实现对象的深度克隆，并分析其优缺点。

什么是深度克隆？浅克隆？

对象克隆指的是把A对象的属性值完全拷贝给B对象，也叫对象拷贝/对象复制

但是object默认的是浅克隆

不管对象内部的属性是基本数据类型还是引用数据类型，都完全拷贝过来

基本数据类型拷贝过来的是具体的数据，引用数据类型拷贝过来的是地址值。

🔴注意：浅克隆会导致引用数据类型的地址多个对象共用的情况，如果一个对象对其地址所记录的值进行了修改，另外一个对象里面的的值也会跟着一起变动，因为两个对象的地址值相同，指向相同的具体数值。

🌐clone（）的问题与方法实现——以User类为例

❓问题：

在User类中重写clone()方法，不能直接在main下创建对象直接调用，至于为什么不能这样调用在寻找资料和ai后都得不到很好地理解，把原因归结与protected修饰符不能直接通过某个对象实例在外部类调用，如下图：

直接调用会出现'clone()' has protected access in 'java.lang.Object'报错

但是我换了别的方法试了一下别的方法来测试得到不一样的结果

我先在Animal类中定义了一个protected修饰的eat方法

然后在另外一个包创建一个Dog类，继承Animal，而且不对eat方法作重写

最后我们到测试类的main方法下创建一个Dog对象，并调用继承父类用protected修饰的eat()方法

最后运行发现，没有任何报错而且成功调用了继承父类用protected修饰的eat()方法

得到运行结果：

🔷思考与结论：

同样是父类其他包的子类，同样是父类用protected修饰的方法，为什么不能在main方法中被子类对象实例调用呢？

为了解决这个疑惑，我找到了clone（）的源代码，发现有一个native关键字，可能是native的原因导致上述问题，如下图：

而且通过学习我们得知，想要实现JavaBean类调用clone（）方法还需要实现一个Cloneable接口。

Cloneable 是一个标记接口（没有方法），它告诉 JVM 某个类是可以被克隆的

经过上述分析，个人没有找到protected的影响，但是找到了两个可能的原因就是：

实现克隆调用需要实现Cloneable接口
受到native关键字的影响

🔷实现：

在JavaBean类中重写Object中的clone方法
让JavaBean类实现Cloneable接口
创建对象并调用clone方法（clone返回的是Object对象，需要强制转换）

1.在JavaBean类中重写Object中的clone方法：

2.让JavaBean类实现Cloneable接口：

3.创建对象并调用clone方法（注意接收对象的时候要强转）：

先点击向方法签名添加异常

这样，一个浅克隆就实现了

但是我们上面提及，浅克隆会导致引用数据类型的地址多个对象共用的情况，如果一个对象对其地址所记录的值进行了修改

代码示例：
 public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {//定义一个数组并赋值int[] arr = {1,2,3,4,5};//新建一个User对象User u1 = new User(001,"qiao","123456","kimi",arr);User u2 = new User();u2 = (User) u1.clone();System.out.println(u1);System.out.println(u2);int[] data = u1.getData();data[0] = 100;System.out.println(u1);//User{id=1, username='qiao', password='123456', path='kimi', data=[100, 2, 3, 4, 5]}System.out.println(u2);//User{id=1, username='qiao', password='123456', path='kimi', data=[100, 2, 3, 4, 5]}}
黑马程序员的这张图片可以帮助我们很好地理解浅克隆

而深度克隆指的是不仅复制对象本身，还复制该对象所有引用的对象，确保克隆对象与原对象之间没有共享的引用。与之相对的浅克隆，只会复制对象本身，而不会递归复制其引用的对象。

🌐通过clone()方法实现深克隆

我们需要修改一下JavaBean类中的clone（）方法重写内容：

 @Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {int[] data = this.data;int[] newData = new int[data.length];for (int i = 0; i < data.length; i++) {newData[i] = data[i];}User u = (User)super.clone();u.data = newData;return u;}

但是这样操作有点麻烦，所以我们会使用一个第三方工具Gson

Gson 简介

Gson 是 Google 提供的一个用于将 Java 对象与 JSON 互相转换的库。它具有以下特点：

支持简单和复杂的对象转换。
无需配置即可处理大部分对象。
能够处理泛型类。
性能高效、使用简单。

尽管 Gson 主要用于 JSON 序列化与反序列化，但它的这一特性可以巧妙地用于对象的深度克隆。通过将对象转换为 JSON 字符串，再从 JSON 字符串中反序列化回对象，我们可以实现深度克隆。

🌐使用 Gson 实现深度克隆

使用之前先在项目目录下创建lib包，将gson的jar包放在lib包下：

然后右键该jar包，点击黄色箭头处完成导入：

接下来实现对象的深度克隆非常简单，只需以下两步：

将对象序列化为 JSON 字符串(toJson)。
从 JSON 字符串反序列化为一个新的对象(fromJson)。

示例代码

import com.google.gson.Gson;public class Main {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {int[] arr = {1,2,3,4,5};User u1 = new User(001,"zhangsan","123456","gril",arr);System.out.println(u1);//第三方深克隆工具Gson gson = new Gson();String json = gson.toJson(u1);User u2 = gson.fromJson(json, User.class);System.out.println(u1);//User{id=1, username='zhangsan', password='123456', path='gril', data=[1, 2, 3, 4, 5]}System.out.println(u2);//User{id=1, username='zhangsan', password='123456', path='gril', data=[1, 2, 3, 4, 5]}int[] data = u1.getData();data[0] = 100;System.out.println(u1);//User{id=1, username='zhangsan', password='123456', path='gril', data=[100, 2, 3, 4, 5]}System.out.println(u2);//User{id=1, username='zhangsan', password='123456', path='gril', data=[1, 2, 3, 4, 5]}
}

运行结果

原对象：User{id=1, username='zhangsan', password='123456', path='gril', data=[1, 2, 3, 4, 5]}
克隆对象：User{id=1, username='zhangsan', password='123456', path='gril', data=[1, 2, 3, 4, 5]}
修改后的原对象：User{id=1, username='zhangsan', password='123456', path='gril', data=[100, 2, 3, 4, 5]}
克隆对象不受影响：User{id=1, username='zhangsan', password='123456', path='gril', data=[1, 2, 3, 4, 5]}

通过输出结果可以看出，原对象和克隆对象之间没有共享引用，修改克隆对象的地址不会影响原对象，说明我们成功实现了深度克隆。

Gson 深度克隆的优缺点

🌐优点

实现简单：使用 Gson 实现深度克隆的代码非常简洁，仅需两步即可完成。

适用于复杂对象：Gson 可以处理包含嵌套对象和集合的复杂 Java 对象。

无需额外实现接口：不同于 clone() 方法，使用 Gson 不需要让类实现 Cloneable 接口，也不需要自己处理克隆逻辑。

🌐缺点

性能开销：由于 Gson 需要将对象转换为 JSON 字符串，再从 JSON 字符串中解析出对象，这个过程相较于原生的克隆操作稍慢，特别是在处理大对象时性能损耗较为明显。

不适用于所有场景：Gson 无法处理带有瞬态字段（transient）或不希望被序列化的对象，这些字段会在克隆过程中丢失。

依赖 JSON 表示：对象的所有字段都必须能够被正确转换为 JSON 格式，对于某些复杂类型或带有循环引用的对象，Gson 可能无法处理。