Java 對象克隆完全指南：淺拷貝、深拷貝、Cloneable 協議與不可變對象策略

克隆協議三要件

1. 類實現 Cloneable 接口（標記接口，無方法）。
2. 重寫 clone() 方法，聲明為 public。
3. 首行調用 super.clone() 獲取淺拷貝基礎。

否則拋出 CloneNotSupportedException。

淺拷貝

Object.clone() 默認行為：分配新對象，逐位複製字段值。基本類型獨立，引用類型共享同一對象。

class ClassA { int a; void doubleA() { a *= 2; } }
class ClassB implements Cloneable {
    int b;
    ClassA ca = new ClassA(11);
    public Object clone() {
        try { return super.clone(); }
        catch (CloneNotSupportedException e) { throw new AssertionError(); }
    }
}
// 測試
ClassB cb = new ClassB(); cb.b = 222;
ClassB cb2 = (ClassB) cb.clone();
cb2.b = 3333;
cb2.ca.doubleA();  // 修改共享的 ca
System.out.println(cb.ca);   // 22  ← 被影響！
System.out.println(cb2.ca);  // 22

深拷貝

在 clone() 中對可變引用字段遞歸調用 clone()：

class ClassA implements Cloneable { ... public Object clone() { return super.clone(); } }
class ClassB implements Cloneable {
    int b;
    ClassA ca = new ClassA(11);
    public Object clone() {
        ClassB cb = (ClassB) super.clone();
        cb.ca = (ClassA) ca.clone();  // 關鍵：深拷貝內部對象
        return cb;
    }
}
// 測試結果：cb.ca 保持 11，cb2.ca 變為 22，互不干擾

特殊情況處理

不可變對象

String、包裝類、final 類無需深拷貝，共享安全。

無法實現 Cloneable 的第三方類

方案：複製構造器 new ThirdParty(obj)、序列化反序列化、手工構建新實例複製字段。

循環引用

需維護 Map 避免無限遞歸，或使用序列化框架（如 Kryo）自動處理。

最佳實踐清單

• 優先考慮不可變設計，從根源避免克隆需求。
• 需克隆時，基本類型 + 不可變引用 → 淺拷貝即可；可變引用 → 必須深拷貝。
• 實現 clone() 時拋出不可檢查異常（如 AssertionError）包裝 CloneNotSupportedException，簡化調用端。
• 文檔化克隆語義：是淺拷貝還是深拷貝，哪些字段共享。
• 考慮複製構造器或靜態工廠方法替代 Cloneable（Effective Java Item 13 建議）。

克隆看似簡單，實則暗藏共享可變狀態的陷阱。明確語義、最小化可變性，才是正道。