浅析Java中的深克隆和浅克隆

说实话，目前为止还没在项目中遇到过关于Java深克隆和浅克隆的场景。今天手抖戳开了花呗账单，双十二败家的战绩真是惨不忍睹，若能在我的客户端“篡改”下账单金额，那该（简）有（止）多（做）好（梦）啊！于是乎，有了以下的设想。采用工厂模式，根据所传入的帐户名accountName 得到账单bill返回客户端client，代码实现如下：

账单类Bill代码：

/*** @Author: mollychin* @Date: 2019/1/1 20:39*/
@Data
public class Bill{/*** 账单流水号*/private Long id;/*** 账单总金额*/private BigDecimal totalAmount;/*** 对应的账户*/private String accountName;
}

账单工厂类 BillFactory代码：

/*** @Author: mollychin* @Date: 2019/1/1 20:44*/
public class BillFactory {private Bill bill = null;public Bill getBill(String name) {if (bill == null) {synchronized (this) {if (bill == null) {bill = new Bill();bill.setAccountName(name);bill.setTotalAmount(BigDecimal.valueOf(5000.0));}}}return bill;}
}

客户端类 BillClient代码：

/*** @Author: mollychin* @Date: 2019/1/1 20:51*/
public class BillClient {public static void main(String[] args) {BillFactory billFactory = new BillFactory();Bill bill = billFactory.getBill("mollychin");System.out.println("original bill amount:"+bill.getTotalAmount());}
}
// 输出:
original bill amount:5000.0

显而易见，此时我的账单金额是工厂类返回的5000.00，没毛病。但万一遇上吃土少女想动点歪脑筋呢？嘿嘿。请看下面：

试图篡改账单金额的客户端代码：

/*** @Author: mollychin* @Date: 2019/1/1 20:51*/
public class BillClient {public static void main(String[] args) {BillFactory billFactory = new BillFactory();Bill bill = billFactory.getBill("mollychin");System.out.println("bill before:"+bill.getTotalAmount());Bill fakeBill = bill;fakeBill.setTotalAmount(BigDecimal.valueOf(2000.00));System.out.println("bill after:"+bill.getTotalAmount());System.out.println("fakeBill:"+fakeBill.getTotalAmount());Bill newMollychin = billFactory.getBill("mollychin");System.out.println("get bill again:"+newMollychin.getTotalAmount());}
}
// 输出：
bill before:5000.0
bill after:2000.0
fakeBill:2000.0
get bill again:2000.0

bill.setTotalAmount(BigDecimal.valueOf(2000.00)); 代码里自有黄金屋啊，一行代码三千块欸。可花呗账单怎可能被我们如此轻易修改呢？值得思考的是为什么会出现上述情况呢？因为bill和fakeBill都是对同一对象的引用，任何一方的改动都会影响另一方的变化。那么如何避免这种及其不安全的情况呢？即希望fakeBill是一个新对象，它和bill的初始状态一样，但随后会有互不影响的改动，这时可实现Cloneable并重写clone()方法。

实现了Cloneable接口的账单类CloneableBill代码：

@Data
public class CloneableBill implements Cloneable {/*** 账单流水号*/private Long id;/*** 账单总金额*/private BigDecimal totalAmount;/*** 对应的账户*/private String accountName;/*** 重写了父类的克隆方法.* @return*/@Overridepublic CloneableBill clone() {CloneableBill cloneableBill = null;try {cloneableBill = (CloneableBill) super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return cloneableBill;}
}
> 工厂类`CloneableBillFactory`的返回也发生了改变：

/*** @author: mollychin* @date: 2019/1/2*/
public class CloneableBillFactory {private CloneableBill cloneableBill = null;public CloneableBill getCloneableBill(String name) {if (cloneableBill == null) {synchronized (this) {if (cloneableBill == null) {cloneableBill = new CloneableBill();cloneableBill.setTotalAmount(BigDecimal.valueOf(5000.00));cloneableBill.setAccountName(name);}}}// 新的改动return cloneableBill.clone();}
}

执行客户端CloneableBillClient代码，调用 clone()方法查看结果，此时的账单金额：

/*** @author: mollychin* @date: 2019/1/2*/
public class CloneableBillClient {public static void main(String[] args) {CloneableBillFactory cloneableBillFactory = new CloneableBillFactory();CloneableBill originalBill = cloneableBillFactory.getCloneableBill("mollychin");System.out.println("Before clone:" + originalBill.getTotalAmount());CloneableBill fakeBill = null;try {fakeBill = originalBill.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}fakeBill.setTotalAmount(BigDecimal.valueOf(2000.00));System.out.println("After clone:" + originalBill.getTotalAmount());}
}
输出：
Before clone:5000.0
After clone:5000.0

失不失望！现在已经无法通过客户端随意篡改我们的账单金额了=.= 那么究竟Cloneable接口以及clone()方法对我们的代码做了什么操作呢？戳进源码一探究竟！

你会发现，Cloneable接口里没有一个方法，俗称“标记接口”tagging interface，实现了该接口的类可调用Object类的clone()。若未实现该接口，当调用clone()会抛出CloneNotSupportedException异常。

通过上述操作，妄想篡改账单金额貌似是不可能的了。但一般情况下，账单类里面会含有账单明细类的一个对象，用来描述该账单的明细账单。这样可通过账单对象get到账单明细对象，优化代码如下：

持有账单明细对象的账单类DoubleCloneableBill：

/*** @description:* @author: mollychin* @date: 2019/1/2*/
@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class DoubleCloneableBill implements Cloneable {/*** 账单流水号*/private Long id;/*** 账单总金额*/private BigDecimal totalAmount;/*** 对应的账户*/private String accountName;/*** 账单明细对象*/private BillDetail billDetail;@Overridepublic DoubleCloneableBill clone() {DoubleCloneableBill doubleCloneableBill = null;try {doubleCloneableBill = (DoubleCloneableBill) super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return doubleCloneableBill;}
}

工厂类DoubleCloneableBillFactory:

/*** @description:* @author: mollychin* @date: 2019/1/2*/
public class DoubleCloneableBillFactory {private DoubleCloneableBill doubleCloneableBill;public DoubleCloneableBill getDoubleCloneableBill(String name) {if (doubleCloneableBill == null) {synchronized (this) {if (doubleCloneableBill == null) {doubleCloneableBill = new DoubleCloneableBill();doubleCloneableBill.setAccountName(name);doubleCloneableBill.setTotalAmount(BigDecimal.valueOf(5000.00));doubleCloneableBill.setBillDetail(new BillDetail("camera", BigDecimal.valueOf(5000.00)));}}}return doubleCloneableBill;}
}

客户端DoubleCloneableBillClient：

/*** @description:* @author: mollychin* @date: 2019/1/2*/
public class DoubleCloneableBillClient {public static void main(String[] args) {DoubleCloneableBillFactory doubleCloneableBillFactory = new DoubleCloneableBillFactory();DoubleCloneableBill originalBill = doubleCloneableBillFactory.getDoubleCloneableBill("mollychin");System.out.println("Bill Detail:Before clone:"+originalBill.getBillDetail().getPrice());System.out.println("Bill Amount Before clone:"+originalBill.getTotalAmount());DoubleCloneableBill clonedBill = originalBill.clone();clonedBill.getBillDetail().setPrice(BigDecimal.valueOf(2000.00));System.out.println("Bill Detail:After clone:"+originalBill.getBillDetail().getPrice());System.out.println("Bill Amount After clone:"+originalBill.getTotalAmount());}
}
// 输出：
Bill Detail:Before clone:5000.0
Bill Amount Before clone:5000.0
Bill Detail:After clone:2000.0
Bill Amount After clone:5000.0

由输出可见，虽然我们篡改不了账单金额，但账单明细的金额居然可以轻松被改？？之所以会发生这种“怪异”事件，是因为这里采用的是Java中的浅克隆shadowClone，接下来我们尝试下深克隆deepClone可否避免这种情况。

账单DoubleCloneableBill以及账单明细类BillDetail：

/*** @description:* @author: mollychin* @date: 2019/1/2*/
@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class DoubleCloneableBill implements Cloneable {/*** 账单流水号*/private Long id;/*** 账单总金额*/private BigDecimal totalAmount;/*** 对应的账户*/private String accountName;/*** 账单明细对象*/private BillDetail billDetail;@Overridepublic DoubleCloneableBill clone() {DoubleCloneableBill doubleCloneableBill = null;try {doubleCloneableBill = (DoubleCloneableBill) super.clone();BillDetail clonedBillDetail = doubleCloneableBill.getBillDetail().clone();doubleCloneableBill.setBillDetail(clonedBillDetail);} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return doubleCloneableBill;}
}/*** @description:* @author: liuyiMao* @date: 2019/1/2*/
@Data
@AllArgsConstructor
public class BillDetail implements Cloneable {/*** 商品名称*/private String goodName;/*** 商品价格*/private BigDecimal price;@Overridepublic BillDetail clone() {BillDetail billDetail = null;try {billDetail = (BillDetail) super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return billDetail;}
}

工厂类DoubleCloneableBillFactory:

/*** @description:* @author: mollychin* @date: 2019/1/2*/
public class DoubleCloneableBillFactory {private DoubleCloneableBill doubleCloneableBill;public DoubleCloneableBill getDoubleCloneableBill(String name) {if (doubleCloneableBill == null) {synchronized (this) {if (doubleCloneableBill == null) {doubleCloneableBill = new DoubleCloneableBill();doubleCloneableBill.setAccountName(name);doubleCloneableBill.setTotalAmount(BigDecimal.valueOf(5000.00));doubleCloneableBill.setBillDetail(new BillDetail("camera", BigDecimal.valueOf(5000.00)));}}}return doubleCloneableBill;}
}

客户端（妄图篡改金额）DoubleCloneableBillClient：

/*** @description:* @author: mollychin* @date: 2019/1/2*/
public class DoubleCloneableBillClient {public static void main(String[] args) {DoubleCloneableBillFactory doubleCloneableBillFactory = new DoubleCloneableBillFactory();DoubleCloneableBill originalBill = doubleCloneableBillFactory.getDoubleCloneableBill("mollychin");System.out.println("Bill Detail:Before clone:"+originalBill.getBillDetail().getPrice());System.out.println("Bill Amount Before clone:"+originalBill.getTotalAmount());DoubleCloneableBill clonedBill = originalBill.clone();clonedBill.getBillDetail().setPrice(BigDecimal.valueOf(2000.00));System.out.println("Bill Detail:After clone:"+originalBill.getBillDetail().getPrice());System.out.println("Bill Amount After clone:"+originalBill.getTotalAmount());}
}
// 输出：
Bill Detail:Before clone:5000.0
Bill Amount Before clone:5000.0
Bill Detail:After clone:5000.0
Bill Amount After clone:5000.0

由此可见，采用了深克隆之后，不管是值类型还是引用类型，都无法在客户端被随意篡改，是不是相对来说健壮了不少呢？

最后一点叨叨:
借着花呗账单的案例，逐渐了解了Java中深克隆和浅克隆，并感受到它们在系统健壮性方面发挥的巨大作用。使用深克隆可以解决引用对象克隆的问题，但假若类之间嵌套的层次很多，其复杂程度是显而易见的。譬入一个保险系统，类的嵌套可能是这样的：账单类->账单明细类->条款类->条款费用类。前者都持有后者的一个或者多个引用对象，这时该如何实现深克隆所达到的效果呢？此时可以使用org.apache.commons.lang3.SerializationUtils.clone()方法使用Java序列化来简易地达到同样的效果。这将会在后面的博文中继续介绍。

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