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面试 | 深拷贝的终极探索（99%的人都不知道）

2023-02-26

对象 data var
划重点，这是一道面试必考题，我靠这道题刷掉了多少面试者✧(≖◡≖✿)嘿嘿首先这是一道非常棒的面试题，可以考察面试者的很多方面，比如基本功，代码能力，逻辑能力，而且进可攻，退可守，针对不同级别的人可以考察不同难度，比如漂亮妹子就出1☆题，要是个帅哥那就得上5☆了，(*^__^*)嘻嘻……无论面试者多么

划重点，这是一道面试必考题，我靠这道题刷掉了多少面试者✧(≖ ◡ ≖✿)嘿嘿

首先这是一道非常棒的面试题，可以考察面试者的很多方面，比如基本功，代码能力，逻辑能力，而且进可攻，退可守，针对不同级别的人可以考察不同难度，比如漂亮妹子就出1☆题，要是个帅哥那就得上5☆了，(*^__^*) 嘻嘻……

无论面试者多么优秀，漂亮的回答出问题，我总能够潇洒的再抛出一个问题，看着面试者露出惊异的眼神，默默一转身，深藏功与名。

本文我将给大家破解深拷贝的谜题，由浅入深，环环相扣，总共涉及4种深拷贝方式，每种方式都有自己的特点和个性。

深拷贝 VS 浅拷贝

再开始之前需要先给同学科普下什么是深拷贝，和深拷贝有关系的另个一术语是浅拷贝又是什么意思呢?如果对这部分部分内容了解的同学可以跳过

其实深拷贝和浅拷贝都是针对的引用类型，JS中的变量类型分为值类型(基本类型)和引用类型;对值类型进行复制操作会对值进行一份拷贝，而对引用类型赋值，则会进行地址的拷贝，最终两个变量指向同一份数据 

// 基本类型  
var a = 1;  
var b = a;  
a = 2;  
console.log(a, b); // 2, 1 ，a b指向不同的数据  
// 引用类型指向同一份数据  
var a = {c: 1};  
var b = a;  
a.c = 2;  
console.log(a.c, b.c); // 2, 2 全是2，a b指向同一份数据  

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对于引用类型，会导致a b指向同一份数据，此时如果对其中一个进行修改，就会影响到另外一个，有时候这可能不是我们想要的结果，如果对这种现象不清楚的话，还可能造成不必要的bug

那么如何切断a和b之间的关系呢，可以拷贝一份a的数据，根据拷贝的层级不同可以分为浅拷贝和深拷贝，浅拷贝就是只进行一层拷贝，深拷贝就是无限层级拷贝 

var a1 = {b: {c: {}};  
var a2 = shallowClone(a1); // 浅拷贝  
a2.b.c === a1.b.c // true  
var a3 = clone(a3); // 深拷贝  
a3.b.c === a1.b.c // false  

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浅拷贝的实现非常简单，而且还有多种方法，其实就是遍历对象属性的问题，这里只给出一种，如果看不懂下面的方法，或对其他方法感兴趣，可以看我的这篇文章 

function shallowClone(source) {  
var target = {};  
for(var i in source) { 
if (source.hasOwnProperty(i)) {  
target[i] = source[i];  
}  
}  
return target;  
}  

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最简单的深拷贝

深拷贝的问题其实可以分解成两个问题，浅拷贝+递归，什么意思呢?假设我们有如下数据

var a1 = {b: {c: {d: 1}}; 

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只需稍加改动上面浅拷贝的代码即可，注意区别 

function clone(source) {  
var target = {};  
for(var i in source) {  
if (source.hasOwnProperty(i)) {  
if (typeof source[i] === 'object') {  
target[i] = clone(source[i]); // 注意这里  
} else {  
target[i] = source[i];  
}  
}  
}  
return target;  
}  

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大部分人都能写出上面的代码，但当我问上面的代码有什么问题吗?就很少有人答得上来了，聪明的你能找到问题吗?

其实上面的代码问题太多了，先来举几个例子吧

  • 没有对参数做检验
  • 判断是否对象的逻辑不够严谨
  • 没有考虑数组的兼容

(⊙o⊙)，下面我们来看看各个问题的解决办法，首先我们需要抽象一个判断对象的方法，其实比较常用的判断对象的方法如下，其实下面的方法也有问题，但如果能够回答上来那就非常不错了，如果完美的解决办法感兴趣，不妨看看这里吧 

function isObject(x) {  
return Object.prototype.toString.call(x) === '[object Object]';  
}  

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函数需要校验参数，如果不是对象的话直接返回 

function clone(source) {  
if (!isObject(source)) return source;  
// xxx  
}  

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关于第三个问题，嗯，就留给大家自己思考吧，本文为了减轻大家的负担，就不考虑数组的情况了，其实ES6之后还要考虑set, map, weakset, weakmap，/(ㄒoㄒ)/~~

其实吧这三个都是小问题，其实递归方法最大的问题在于爆栈，当数据的层次很深是就会栈溢出

下面的代码可以生成指定深度和每层广度的代码，这段代码我们后面还会再次用到 

function createData(deep, breadth) {  
var data = {};  
var temp = data;  
for (var i = 0; i < deep; i++) { 
temp = temp['data'] = {};  
for (var j = 0; j < breadth; j++) { 
temp[j] = j;  
}  
}  
return data;  
}  
createData(1, 3); // 1层深度，每层有3个数据 {data: {0: 0, 1: 1, 2: 2}}  
createData(3, 0); // 3层深度，每层有0个数据 {data: {data: {data: {}}}}  

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当clone层级很深的话就会栈溢出，但数据的广度不会造成溢出 

clone(createData(1000)); // ok  
clone(createData(10000)); // Maximum call stack size exceeded  
clone(createData(10, 100000)); // ok 广度不会溢出  

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其实大部分情况下不会出现这么深层级的数据，但这种方式还有一个致命的问题，就是循环引用，举个例子 

var a = {};  
a.a = a;  
clone(a) // Maximum call stack size exceeded 直接死循环了有没有，/(ㄒoㄒ)/~~  

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关于循环引用的问题解决思路有两种，一直是循环检测，一种是暴力破解，关于循环检测大家可以自己思考下;关于暴力破解我们会在下面的内容中详细讲解

一行代码的深拷贝

有些同学可能见过用系统自带的JSON来做深拷贝的例子，下面来看下代码实现 

function cloneJSON(source) {  
return JSON.parse(JSON.stringify(source));  
}  

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其实我第一次简单这个方法的时候，由衷的表示佩服，其实利用工具，达到目的，是非常聪明的做法

下面来测试下cloneJSON有没有溢出的问题，看起来cloneJSON内部也是使用递归的方式 

cloneJSON(createData(10000)); // Maximum call stack size exceeded 

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既然是用了递归，那循环引用呢?并没有因为死循环而导致栈溢出啊，原来是JSON.stringify内部做了循环引用的检测，正是我们上面提到破解循环引用的第一种方法：循环检测 

var a = {};  
a.a = a;  
cloneJSON(a) // Uncaught TypeError: Converting circular structure to JSON  

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破解递归爆栈

其实破解递归爆栈的方法有两条路，第一种是消除尾递归，但在这个例子中貌似行不通，第二种方法就是干脆不用递归，改用循环，当我提出用循环来实现时，基本上90%的前端都是写不出来的代码的，这其实让我很震惊

举个例子，假设有如下的数据结构

var a = { 
    a1: 1, 
    a2: { 
        b1: 1, 
        b2: { 
            c1: 1 
        } 
   } 
}  

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这不就是一个树吗，其实只要把数据横过来看就非常明显了

a 
 /   \ 
a1   a2         
|    / \          
1   b1 b2      
    |   |         
    1  c1 
        | 
        1    

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用循环遍历一棵树，需要借助一个栈，当栈为空时就遍历完了，栈里面存储下一个需要拷贝的节点

首先我们往栈里放入种子数据，key用来存储放哪一个父元素的那一个子元素拷贝对象

然后遍历当前节点下的子元素，如果是对象就放到栈里，否则直接拷贝 

function cloneLoop(x) { 
    const root = {}; 
 
    // 栈 
    const loopList = [ 
        { 
            parent: root, 
            key: undefined, 
            data: x, 
        } 
    ]; 
 
    while(loopList.length) { 
        // 深度优先 
        const node = loopList.pop(); 
        const parent = node.parent; 
        const key = node.key; 
        const data = node.data; 
 
        // 初始化赋值目标，key为undefined则拷贝到父元素，否则拷贝到子元素 
        let res = parent; 
        if (typeof key !== 'undefined') { 
            res = parent[key] = {}; 
        } 
 
        for(let k in data) { 
            if (data.hasOwnProperty(k)) { 
                if (typeof data[k] === 'object') { 
                    // 下一次循环 
                    loopList.push({ 
                        parent: res, 
                        key: k, 
                        data: data[k], 
                    }); 
                } else { 
                    res[k] = data[k]; 
                } 
            } 
        } 
    } 
 
    return root; 
}  

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改用循环后，再也不会出现爆栈的问题了，但是对于循环引用依然无力应对

破解循环引用

有没有一种办法可以破解循环应用呢?别着急，我们先来看另一个问题，上面的三种方法都存在的一个问题就是引用丢失，这在某些情况下也许是不能接受的

举个例子，假如一个对象a，a下面的两个键值都引用同一个对象b，经过深拷贝后，a的两个键值会丢失引用关系，从而变成两个不同的对象，o(╯□╰)o 

var b = 1;  
var a = {a1: b, a2: b};  
a.a1 === a.a2 // true  
var c = clone(a);  
c.a1 === c.a2 // false  

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如果我们发现个新对象就把这个对象和他的拷贝存下来，每次拷贝对象前，都先看一下这个对象是不是已经拷贝过了，如果拷贝过了，就不需要拷贝了，直接用原来的，这样我们就能够保留引用关系了，✧(≖ ◡ ≖✿)嘿嘿

但是代码怎么写呢，o(╯□╰)o，别急往下看，其实和循环的代码大体一样，不一样的地方我用// ==========标注出来了

引入一个数组uniqueList用来存储已经拷贝的数组，每次循环遍历时，先判断对象是否在uniqueList中了，如果在的话就不执行拷贝逻辑了

find是抽象的一个函数，其实就是遍历uniqueList 

// 保持引用关系 
function cloneForce(x) { 
    // ============= 
    const uniqueList = []; // 用来去重 
    // ============= 
 
    let root = {}; 
 
    // 循环数组 
    const loopList = [ 
        { 
            parent: root, 
            key: undefined, 
            data: x, 
        } 
    ]; 
 
    while(loopList.length) { 
        // 深度优先 
        const node = loopList.pop(); 
        const parent = node.parent; 
        const key = node.key; 
        const data = node.data; 
 
        // 初始化赋值目标，key为undefined则拷贝到父元素，否则拷贝到子元素 
        let res = parent; 
        if (typeof key !== 'undefined') { 
            res = parent[key] = {}; 
        } 
         
        // ============= 
        // 数据已经存在 
        let uniqueData = find(uniqueList, data); 
        if (uniqueData) { 
            parent[key] = uniqueData.target; 
            break; // 中断本次循环 
        } 
 
        // 数据不存在 
        // 保存源数据，在拷贝数据中对应的引用 
        uniqueList.push({ 
            source: data, 
            target: res, 
        }); 
        // ============= 
     
        for(let k in data) { 
            if (data.hasOwnProperty(k)) { 
                if (typeof data[k] === 'object') { 
                    // 下一次循环 
                    loopList.push({ 
                        parent: res, 
                        key: k, 
                        data: data[k], 
                    }); 
                } else { 
                    res[k] = data[k]; 
                } 
            } 
        } 
    } 
 
    return root; 
} 
 
function find(arr, item) { 
    for(let i = 0; i < arr.length; i++) { 
        if (arr[i].source === item) { 
            return arr[i]; 
        } 
    } 
 
    return null; 
}  

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下面来验证一下效果，amazing 

var b = 1;  
var a = {a1: b, a2: b};  
a.a1 === a.a2 // true  
var c = cloneForce(a);  
c.a1 === c.a2 // true  

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接下来再说一下如何破解循环引用，等一下，上面的代码好像可以破解循环引用啊，赶紧验证一下

惊不惊喜，(*^__^*) 嘻嘻…… 

var a = {};  
a.a = a;  
cloneForce(a)  

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看起来完美的cloneForce是不是就没问题呢?cloneForce有两个问题

第一个问题，所谓成也萧何，败也萧何，如果保持引用不是你想要的，那就不能用cloneForce了;

第二个问题，cloneForce在对象数量很多时会出现很大的问题，如果数据量很大不适合使用cloneForce

性能对比

上边的内容还是有点难度，下面我们来点更有难度的，对比一下不同方法的性能

我们先来做实验，看数据，影响性能的原因有两个，一个是深度，一个是每层的广度，我们采用固定一个变量，只让一个变量变化的方式来测试性能

测试的方法是在指定的时间内，深拷贝执行的次数，次数越多，证明性能越好

下面的runTime是测试代码的核心片段，下面的例子中，我们可以测试在2秒内运行clone(createData(500, 1)的次数 

function runTime(fn, time) { 
    var stime = Date.now(); 
    var count = 0; 
    while(Date.now() - stime < time) { 
        fn(); 
        count++; 
    } 
 
    return count; 
} 
 
runTime(function () { clone(createData(500, 1)) }, 2000);  

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下面来做第一个测试，将广度固定在100，深度由小到大变化，记录1秒内执行的次数 

深度 clone cloneJSON cloneLoop cloneForce
500 351 212 338 372
1000 174 104 175 143
1500 116 67 112 82
2000 92 50 88 69

 

将上面的数据做成表格可以发现，一些规律

  • 随着深度变小，相互之间的差异在变小
  • clone和cloneLoop的差别并不大
  • cloneLoop > cloneForce > cloneJSON

 

 

 

 

我们先来分析下各个方法的时间复杂度问题，各个方法要做的相同事情，这里就不计算，比如循环对象，判断是否为对象

  • clone时间 = 创建递归函数 + 每个对象处理时间
  • cloneJSON时间 = 循环检测 + 每个对象处理时间 * 2 (递归转字符串 + 递归解析)
  • cloneLoop时间 = 每个对象处理时间
  • cloneForce时间 = 判断对象是否缓存中 + 每个对象处理时间

cloneJSON的速度只有clone的50%，很容易理解，因为其会多进行一次递归时间

cloneForce由于要判断对象是否在缓存中，而导致速度变慢，我们来计算下判断逻辑的时间复杂度，假设对象的个数是n，则其时间复杂度为O(n2)，对象的个数越多，cloneForce的速度会越慢

1 + 2 + 3 ... + n = n^2/2 - 1

关于clone和cloneLoop这里有一点问题，看起来实验结果和推理结果不一致，其中必有蹊跷

接下来做第二个测试，将深度固定在10000，广度固定为0，记录2秒内执行的次数 

宽度 clone cloneJSON cloneLoop cloneForce
0 13400 3272 14292 989

排除宽度的干扰，来看看深度对各个方法的影响

  • 随着对象的增多，cloneForce的性能低下凸显
  • cloneJSON的性能也大打折扣，这是因为循环检测占用了很多时间
  • cloneLoop的性能高于clone，可以看出递归新建函数的时间和循环对象比起来可以忽略不计

下面我们来测试一下cloneForce的性能极限，这次我们测试运行指定次数需要的时间 

var data1 = createData(2000, 0); 
var data2 = createData(4000, 0); 
var data3 = createData(6000, 0); 
var data4 = createData(8000, 0); 
var data5 = createData(10000, 0); 
 
cloneForce(data1) 
cloneForce(data2) 
cloneForce(data3) 
cloneForce(data4) 
cloneForce(data5)  

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通过测试发现，其时间成指数级增长，当对象个数大于万级别，就会有300ms以上的延迟

 

 

 

 

总结

尺有所短寸有所长，无关乎好坏优劣，其实每种方法都有自己的优缺点，和适用场景，人尽其才，物尽其用，方是真理

下面对各种方法进行对比，希望给大家提供一些帮助 

  clone cloneJSON cloneLoop cloneForce
难度 ☆☆ ☆ ☆☆☆ ☆☆☆☆
兼容性 ie6 ie8 ie6 ie6
循环引用 一层 不支持 一层 支持
栈溢出 会 会 不会 不会
保持引用 否 否 否 是
适合场景 一般数据拷贝 一般数据拷贝 层级很多 保持引用关系

本文的灵感都来自于@jsmini/clone，如果大家想使用文中的4种深拷贝方式，可以直接使用@jsmini/clone这个库 

// npm install --save @jsmini/clone  
import { clone, cloneJSON, cloneLoop, cloneForce } from '@jsmini/clone';  

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本文为了简单和易读，示例代码中忽略了一些边界情况，如果想学习生产中的代码，请阅读@jsmini/clone的源码

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