Java中ArrayList的对象引用问题

前言

事件起因是由于同事使用 ArrayList 的带参构造方法进行 ArrayList 对象复制，修改新的 ArrayList 对象中的元素（对象）的成员变量时也会修改原 ArrayList 中的元素（对象）的成员变量。

下面会通过复盘代码向大家重现遇到的问题

复盘代码

用户类

public class User {

    private Integer id;

    private String name;

    public User(Integer id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "id=" + id +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    public Integer getId() {return id;}

    public void setId(Integer id) {this.id = id;}

    public String getName() {return name;}

    public void setName(String name) {this.name = name;}
}

问题重现示例

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListReference {public static void main(String[] args) {
        // 原用户列表
        List<User> users = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {users.add(new User(i, "test"));
        }
        // 新用户列表
        List<User> newUsers = new ArrayList<>(users);
        for (int j = 0; j < newUsers.size(); j++) {
            //  修改新用户列表的用户名
            newUsers.get(j).setName(String.valueOf(j));
        }
        // 打印新用户列表
        System.out.println("newUsers:" + newUsers);
        // 重新打印原用户列表
        System.out.println("After update newUsers,users:" + users);
    }
}

示例运行结果

users:[User{id=0, name='test'}, User{id=1, name='test'}, User{id=2, name='test'}, User{id=3, name='test'}, User{id=4, name='test'}, User{id=5, name='test'}, User{id=6, name='test'}, User{id=7, name='test'}, User{id=8, name='test'}, User{id=9, name='test'}]
newUsers:[User{id=0, name='0'}, User{id=1, name='1'}, User{id=2, name='2'}, User{id=3, name='3'}, User{id=4, name='4'}, User{id=5, name='5'}, User{id=6, name='6'}, User{id=7, name='7'}, User{id=8, name='8'}, User{id=9, name='9'}]
After update newUsers,users:[User{id=0, name='0'}, User{id=1, name='1'}, User{id=2, name='2'}, User{id=3, name='3'}, User{id=4, name='4'}, User{id=5, name='5'}, User{id=6, name='6'}, User{id=7, name='7'}, User{id=8, name='8'}, User{id=9, name='9'}]

分析

问题

为什么使用了 ArrayList 的构造方法重新构造一个新的 ArrayList 后，操作新 ArrayList 对象中的元素时会影响到原来的 ArrayList 中的元素呢？

首先需要分析 ArrayList 的构造方法

ArrayList 源码分析

下面是示例中调用的 ArrayList 构造方法的源码

public ArrayList(Collection<? extends E> c) {elementData = c.toArray();
        if ((size = elementData.length) != 0) {if (elementData.getClass() != Object[].class)
                // 此处为关键代码，此处就是数组元素的复制方法
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        } else {this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;}
    }

从源码中得知数组复制的关键代码为

elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);

下面进入 Arrays.copyOf() 的源码进行研究

public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {@SuppressWarnings("unchecked")
        // 构造一个新的数组对象
        T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
            ? (T[]) new Object[newLength]
            : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
        // 将原数组元素复制到新数组中
        System.arraycopy(original, 0, copy, 0, Math.min(original.length, newLength));
        return copy;
    }

从上面的源码得知关键代码为

System.arraycopy(original, 0, copy, 0, Math.min(original.length, newLength));

以下为 System.arraycopy() 方法的源码

public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos, Object dest, int destPos, int length);

由于 System.arraycopy() 方法为 native 方法，很难跟踪其实现代码。不过可以从方法注释中可以知道这个方法的特点：

Copies an array from the specified source array, beginning at the specified position, to the specified position of the destination array. A subsequence of array components are copied from the source array referenced by src to the destination array referenced by dest. The number of components copied is equal to the length argument. The components at positions srcPos through srcPos+length-1 in the source array are copied into positions destPos through destPos+length-1, respectively, of the destination array.

翻译结果为

将数组从指定的源数组 (从指定位置开始) 复制到目标数组的指定位置。将数组组件的子序列从 src 引用的源数组复制到 dest 引用的目标数组，复制的组件数量等于 length 参数。源数组中通过 srcPos+length- 1 位置的组件分别复制到目标数组中通过 destPos+length- 1 位置的 destPos。

既然 ArrayList 的构造方法是复制新的数组，那么是为什么呢？这里提前透露一下结论：数组元素为对象时，实际上存储的是对象的引用，ArrayList进行数组复制也只是复制了对象的引用。所以才会出现一开始说的问题

再次验证

下面将会使用一个数组的复制示例验证结论，使用 == 来比较对象引用是否相同

问题重现示例

import java.util.Arrays;

public class ArrayReference {public static void main(String[] args) {
        // 原用户列表
        User[] users = new User[10];
        for (int i = 0; i < users.length; i++) {users[i] = (new User(i, "test"));
        }
        // 新用户列表
        User[] newUsers = Arrays.copyOf(users, users.length);
        for (int j = 0; j < users.length; j++) {
            // 比较对象引用
            System.out.println(j + ":" + (users[j] == newUsers[j]));
        }
    }
}

示例运行结果

0:true
1:true
2:true
3:true
4:true
5:true
6:true
7:true
8:true
9:true

结果分析

从运行结果中可以得知，上面提出的结论是正确的。即 数组元素为对象时，实际上存储的是对象的引用。