Java对象拷贝原理剖析及最佳实践

京东云开发者
• 阅读 746

作者:宁海翔

1 前言

对象拷贝,是我们在开发过程中,绕不开的过程,既存在于Po、Dto、Do、Vo各个表现层数据的转换,也存在于系统交互如序列化、反序列化。

Java对象拷贝分为深拷贝和浅拷贝,目前常用的属性拷贝工具,包括Apache的BeanUtils、Spring的BeanUtils、Cglib的BeanCopier、mapstruct都是浅拷贝。

1.1 深拷贝

深拷贝:对基本数据类型进行值传递,对引用数据类型,创建一个新的对象,并复制其内容称为深拷贝。

深拷贝常见有以下四种实现方式:

  • 构造函数
  • Serializable序列化
  • 实现Cloneable接口
  • JSON序列化

Java对象拷贝原理剖析及最佳实践

1.2 浅拷贝

浅拷贝:对基本数据类型进行值传递,对引用数据类型进行引用传递般的拷贝称为浅拷贝。通过实现Cloneabe接口并重写Object类中的clone()方法可以实现浅克隆。

Java对象拷贝原理剖析及最佳实践

2 常用对象拷贝工具原理剖析及性能对比

目前常用的属性拷贝工具,包括Apache的BeanUtils、Spring的BeanUtils、Cglib的BeanCopier、mapstruct。

  • Apache BeanUtils:BeanUtils是Apache commons组件里面的成员,由Apache提供的一套开源 api,用于简化对javaBean的操作,能够对基本类型自动转换。
  • Spring BeanUtils:BeanUtils是spring框架下自带的工具,在org.springframework.beans包下, spring项目可以直接使用。
  • Cglib BeanCopier:cglib(Code Generation Library)是一个强大的、高性能、高质量的代码生成类库,BeanCopier依托于cglib的字节码增强能力,动态生成实现类,完成对象的拷贝。
  • mapstruct:mapstruct 是一个 Java注释处理器,用于生成类型安全的 bean 映射类,在构建时,根据注解生成实现类,完成对象拷贝。

2.1 原理分析

2.1.1 Apache BeanUtils

使用方式:BeanUtils.copyProperties(target, source);
BeanUtils.copyProperties 对象拷贝的核心代码如下:


// 1.获取源对象的属性描述
PropertyDescriptor[] origDescriptors = this.getPropertyUtils().getPropertyDescriptors(orig);
PropertyDescriptor[] temp = origDescriptors;
int length = origDescriptors.length;
String name;
Object value;

// 2.循环获取源对象每个属性,设置目标对象属性值
for(int i = 0; i < length; ++i) {
PropertyDescriptor origDescriptor = temp[i];
name = origDescriptor.getName();
// 3.校验源对象字段可读切目标对象该字段可写
if (!"class".equals(name) && this.getPropertyUtils().isReadable(orig, name) && this.getPropertyUtils().isWriteable(dest, name)) {
try {
// 4.获取源对象字段值
value = this.getPropertyUtils().getSimpleProperty(orig, name);
// 5.拷贝属性
this.copyProperty(dest, name, value);
} catch (NoSuchMethodException var10) {
}
}
}

循环遍历源对象的每个属性,对于每个属性,拷贝流程为:

  • 校验来源类的字段是否可读isReadable
  • 校验目标类的字段是否可写isWriteable
  • 获取来源类的字段属性值getSimpleProperty
  • 获取目标类字段的类型type,并进行类型转换
  • 设置目标类字段的值

由于单字段拷贝时每个阶段都会调用PropertyUtilsBean.getPropertyDescriptor获取属性配置,而该方法通过for循环获取类的字段属性,严重影响拷贝效率。
获取字段属性配置的核心代码如下:

PropertyDescriptor[] descriptors = this.getPropertyDescriptors(bean);
if (descriptors != null) {
for (int i = 0; i < descriptors.length; ++i) {
if (name.equals(descriptors[i].getName())) {
return descriptors[i];
}
}
}

2.1.2 Spring BeanUtils

使用方式: BeanUtils.copyProperties(source, target);
BeanUtils.copyProperties核心代码如下:

PropertyDescriptor[] targetPds = getPropertyDescriptors(actualEditable);
List<String> ignoreList = ignoreProperties != null ? Arrays.asList(ignoreProperties) : null;
PropertyDescriptor[] arr$ = targetPds;
int len$ = targetPds.length;
for(int i$ = 0; i$ < len$; ++i$) {
PropertyDescriptor targetPd = arr$[i$];
Method writeMethod = targetPd.getWriteMethod();
if (writeMethod != null && (ignoreList == null || !ignoreList.contains(targetPd.getName()))) {
PropertyDescriptor sourcePd = getPropertyDescriptor(source.getClass(), targetPd.getName());
if (sourcePd != null) {
Method readMethod = sourcePd.getReadMethod();
if (readMethod != null && ClassUtils.isAssignable(writeMethod.getParameterTypes()[0], readMethod.getReturnType())) {
try {
if (!Modifier.isPublic(readMethod.getDeclaringClass().getModifiers())) {
readMethod.setAccessible(true);
}
Object value = readMethod.invoke(source);
if (!Modifier.isPublic(writeMethod.getDeclaringClass().getModifiers())) {
writeMethod.setAccessible(true);
}
writeMethod.invoke(target, value);
} catch (Throwable var15) {
throw new FatalBeanException("Could not copy property '" + targetPd.getName() + "' from source to target", var15);
}
}
}
}
}

拷贝流程简要描述如下:

  • 获取目标类的所有属性描述
  • 循环目标类的属性值做以下操作
    • 获取目标类的写方法
    • 获取来源类的该属性的属性描述(缓存获取)
    • 获取来源类的读方法
    • 读来源属性值
    • 写目标属性值

与Apache BeanUtils的属性拷贝相比,Spring通过Map缓存,避免了类的属性描述重复获取加载,通过懒加载,初次拷贝时加载所有属性描述。

Java对象拷贝原理剖析及最佳实践

2.1.3 Cglib BeanCopier

使用方式:

BeanCopier beanCopier = BeanCopier.create(AirDepartTask.class, AirDepartTaskDto.class, false);
beanCopier.copy(airDepartTask, airDepartTaskDto, null);

create调用链如下:

BeanCopier.create
-> BeanCopier.Generator.create
-> AbstractClassGenerator.create
->DefaultGeneratorStrategy.generate
-> BeanCopier.Generator.generateClass

BeanCopier 通过cglib动态代理操作字节码,生成一个复制类,触发点为BeanCopier.create

Java对象拷贝原理剖析及最佳实践

2.1.4 mapstruct

使用方式:

  • 引入pom依赖
  • 声明转换接口

mapstruct基于注解,构建时自动生成实现类,调用链如下:
MappingProcessor.process -> MappingProcessor.processMapperElements
MapperCreationProcessor.process:生成实现类Mapper
MapperRenderingProcessor:将实现类mapper,写入文件,生成impl文件
使用时需要声明转换接口,例如:

@Mapper(nullValuePropertyMappingStrategy = NullValuePropertyMappingStrategy.IGNORE)
public interface AirDepartTaskConvert {
AirDepartTaskConvert INSTANCE = getMapper(AirDepartTaskConvert.class);
AirDepartTaskDto convertToDto(AirDepartTask airDepartTask);
}

生成的实现类如下:

public class AirDepartTaskConvertImpl implements AirDepartTaskConvert {

@Override
public AirDepartTaskDto convertToDto(AirDepartTask airDepartTask) {
if ( airDepartTask == null ) {
return null;
}

AirDepartTaskDto airDepartTaskDto = new AirDepartTaskDto();

airDepartTaskDto.setId( airDepartTask.getId() );
airDepartTaskDto.setTaskId( airDepartTask.getTaskId() );
airDepartTaskDto.setPreTaskId( airDepartTask.getPreTaskId() );
List<String> list = airDepartTask.getTaskBeginNodeCodes();
if ( list != null ) {
airDepartTaskDto.setTaskBeginNodeCodes( new ArrayList<String>( list ) );
}
// 其他属性拷贝
airDepartTaskDto.setYn( airDepartTask.getYn() );

return airDepartTaskDto;
}
}

2.2 性能对比

以航空业务系统中发货任务po到dto转换为例,随着拷贝数据量的增大,研究拷贝数据耗时情况

Java对象拷贝原理剖析及最佳实践

2.3 拷贝选型

经过以上分析,随着数据量的增大,耗时整体呈上升趋势

  • 整体情况下,Apache BeanUtils的性能最差,日常使用过程中不建议使用
  • 在数据规模不大的情况下,spring、cglib、mapstruct差异不大,spring框架下建议使用spring的beanUtils,不需要额外引入依赖包
  • 数据量大的情况下,建议使用cglib和mapstruct
  • 涉及大量数据转换,属性映射,格式转换的,建议使用mapstruct

3 最佳实践

3.1 BeanCopier

使用时可以使用map缓存,减少同一类对象转换时,create次数

/**
* BeanCopier的缓存,避免频繁创建,高效复用
*/
private static final ConcurrentHashMap<String, BeanCopier> BEAN_COPIER_MAP_CACHE = new ConcurrentHashMap<String, BeanCopier>();

/**
* BeanCopier的copyBean,高性能推荐使用,增加缓存
*
* @param source 源文件的
* @param target 目标文件
*/
public static void copyBean(Object source, Object target) {
String key = genKey(source.getClass(), target.getClass());
BeanCopier beanCopier;
if (BEAN_COPIER_MAP_CACHE.containsKey(key)) {
beanCopier = BEAN_COPIER_MAP_CACHE.get(key);
} else {
beanCopier = BeanCopier.create(source.getClass(), target.getClass(), false);
BEAN_COPIER_MAP_CACHE.put(key, beanCopier);
}
beanCopier.copy(source, target, null);
}

/**
* 不同类型对象数据copylist
*
* @param sourceList
* @param targetClass
* @param <T>
* @return
*/
public static <T> List<T> copyListProperties(List<?> sourceList, Class<T> targetClass) throws Exception {
if (CollectionUtils.isNotEmpty(sourceList)) {
List<T> list = new ArrayList<T>(sourceList.size());
for (Object source : sourceList) {
T target = copyProperties(source, targetClass);
list.add(target);
}
return list;
}
return Lists.newArrayList();
}

/**
* 返回不同类型对象数据copy,使用此方法需注意不能覆盖默认的无参构造方法
*
* @param source
* @param targetClass
* @param <T>
* @return
*/
public static <T> T copyProperties(Object source, Class<T> targetClass) throws Exception {
T target = targetClass.newInstance();
copyBean(source, target);
return target;
}

/**
* @param srcClazz 源class
* @param tgtClazz 目标class
* @return string
*/
private static String genKey(Class<?> srcClazz, Class<?> tgtClazz) {
return srcClazz.getName() + tgtClazz.getName();
}

3.2 mapstruct

mapstruct支持多种形式对象的映射,主要有下面几种

  • 基本映射
  • 映射表达式
  • 多个对象映射到一个对象
  • 映射集合
  • 映射map
  • 映射枚举
  • 嵌套映射
@Mapper(nullValuePropertyMappingStrategy = NullValuePropertyMappingStrategy.IGNORE)
public interface AirDepartTaskConvert {
AirDepartTaskConvert INSTANCE = getMapper(AirDepartTaskConvert.class);

// a.基本映射
@Mapping(target = "createTime", source = "updateTime")
// b.映射表达式
@Mapping(target = "updateTimeStr", expression = "java(new SimpleDateFormat( \"yyyy-MM-dd\" ).format(airDepartTask.getCreateTime()))")
AirDepartTaskDto convertToDto(AirDepartTask airDepartTask);
}

@Mapper
public interface AddressMapper {
AddressMapper INSTANCE = Mappers.getMapper(AddressMapper.class);

// c.多个对象映射到一个对象
@Mapping(source = "person.description", target = "description")
@Mapping(source = "address.houseNo", target = "houseNumber")
DeliveryAddressDto personAndAddressToDeliveryAddressDto(Person person, Address address);
}

@Mapper
public interface CarMapper {
// d.映射集合
Set<String> integerSetToStringSet(Set<Integer> integers);

List<CarDto> carsToCarDtos(List<Car> cars);

CarDto carToCarDto(Car car);
// e.映射map
@MapMapping(valueDateFormat = "dd.MM.yyyy")
Map<String,String> longDateMapToStringStringMap(Map<Long, Date> source);

// f.映射枚举
@ValueMappings({
@ValueMapping(source = "EXTRA", target = "SPECIAL"),
@ValueMapping(source = "STANDARD", target = "DEFAULT"),
@ValueMapping(source = "NORMAL", target = "DEFAULT")
})
ExternalOrderType orderTypeToExternalOrderType(OrderType orderType);
// g.嵌套映射
@Mapping(target = "fish.kind", source = "fish.type")
@Mapping(target = "fish.name", ignore = true)
@Mapping(target = "ornament", source = "interior.ornament")
@Mapping(target = "material.materialType", source = "material")
@Mapping(target = "quality.report.organisation.name", source = "quality.report.organisationName")
FishTankDto map( FishTank source );
}

4 总结

以上就是我在使用对象拷贝过程中的一点浅谈。在日常系统开发过程中,要深究底层逻辑,哪怕发现一小点的改变能够使我们的系统更加稳定、顺畅,都是值得我们去改进的。

最后,希望随着我们的加入,系统会更加稳定、顺畅,我们会变得越来越优秀。

点赞
收藏
评论区
推荐文章
Wesley13 Wesley13
3年前
java 复制Map对象(深拷贝与浅拷贝)
java复制Map对象(深拷贝与浅拷贝)CreationTime2018年6月4日10点00分Author:Marydon1.深拷贝与浅拷贝  浅拷贝:只复制对象的引用,两个引用仍然指向同一个对象
Wesley13 Wesley13
3年前
java克隆之深拷贝与浅拷贝
版权声明:本文出自汪磊的博客,未经作者允许禁止转载。Java深拷贝与浅拷贝实际项目中用的不多,但是对于理解Java中值传递,引用传递十分重要,同时个人认为对于理解内存模型也有帮助,况且面试中也是经常问的,所以理解深拷贝与浅拷贝是十分重要的。一、Java中创建对象的方式①:与构造方法有关
Java开发面试高频考点学习笔记(每日更新)
Java开发面试高频考点学习笔记(每日更新)1.深拷贝和浅拷贝2.接口和抽象类的区别3.java的内存是怎么分配的4.java中的泛型是什么?类型擦除是什么?5.Java中的反射是什么6.序列化与反序列化7.Object有哪些方法?8.JVM内存模型9.类加载机制10.对象的创建和对象的布局11.Java的四种引用
放学路上 放学路上
3年前
python 赋值引用 浅拷贝 深拷贝
一、基础概念1、直接赋值:其实就是对象的引用(别名)。2、浅拷贝(copy):拷贝父对象,不会拷贝对象的内部的子对象。3、深拷贝(deepcopy):copy模块的deepcopy方法,完全拷贝了父对象及其子对象。二、代码示例importcopya1,2,3,4,'a','b'原始对象ba
菜园前端 菜园前端
1年前
带你了解JS对象的浅拷贝和深拷贝
以下主要介绍了正常情况下的拷贝、浅拷贝、深拷贝三种方式的区别。正常拷贝:复制一个对象,它们的内存地址是相同的浅拷贝:拷贝对象的第一层属性深拷贝:拷贝对象多层的属性正常拷贝假设我们要复制一个对象,如果不对其进行深拷贝,那么改变其中一个对象后,另外一个对象也会
Souleigh ✨ Souleigh ✨
4年前
实现深拷贝的多种方式
实现深拷贝的多种方式简单来说,深拷贝主要是将另一个对象的属性值拷贝过来之后,另一个对象的属性值并不受到影响,因为此时它自己在堆中开辟了自己的内存区域,不受外界干扰。浅拷贝主要拷贝的是对象的引用值,当改变对象的值,另一个对象的值也会发生变化。1.简单深拷贝(一层浅拷贝)①for循环拷贝//只复制第一层的浅拷贝javascriptfunc
Wesley13 Wesley13
3年前
Java对象的浅拷贝和深拷贝&&String类型的赋值
Java中的数据类型分为基本数据类型和引用数据类型。对于这两种数据类型,在进行赋值操作、方法传参或返回值时,会有值传递和引用(地址)传递的差别。浅拷贝(ShallowCopy):①对于数据类型是基本数据类型的成员变量,浅拷贝会直接进行值传递,也就是将该属性值复制一份给新的对象。因为是两份不同的数据,所以对其中一个对象的该成员变量值进行修改,
Wesley13 Wesley13
3年前
Java中如何克隆集合——ArrayList和HashSet深拷贝
编程人员经常误用各个集合类提供的拷贝构造函数作为克隆List,Set,ArrayList,HashSet或者其他集合实现的方法。需要记住的是,Java集合的拷贝构造函数只提供浅拷贝而不是深拷贝,这意味着存储在原始List和克隆List中的对象是相同的,指向Java堆内存中相同的位置。增加了这个误解的原因之一是对于不可变对象(https:/
Stella981 Stella981
3年前
JavaScript基础心法——深拷贝和浅拷贝
!(https://oscimg.oschina.net/oscnet/c131215a5aaaeb7909d7398688df6ea6dcd.png)浅拷贝和深拷贝都是对于JS中的引用类型而言的,浅拷贝就只是复制对象的引用,如果拷贝后的对象发生变化,原对象也会发生变化。只有深拷贝才是真正地对对象的拷贝。前言说到深浅拷贝,必须先
Wesley13 Wesley13
3年前
MySQL部分从库上面因为大量的临时表tmp_table造成慢查询
背景描述Time:20190124T00:08:14.70572408:00User@Host:@Id:Schema:sentrymetaLast_errno:0Killed:0Query_time:0.315758Lock_