深拷貝的終極探索（90%的人都不知道）
劃重點，這是一道面試必考題，我就問過很多面試者這個問題，✧(≖ ◡ ≖✿)嘿嘿
首先這是一道非常棒的面試題，可以考察面試者的很多方面，比如基本功，程式碼能力，邏輯能力，而且進可攻，退可守，針對不同級別的人可以考察不同難度，比如漂亮妹子就出1☆題，(*^__^*) 嘻嘻……
一般在面試者回答出問題後，我總能夠瀟灑的再丟擲一些問題，看著面試者露出驚異的眼神，默默一轉身，深藏功與名
本文我將給大家破解深拷貝的謎題，由淺入深，環環相扣，總共涉及4種深拷貝方式，每種方式都有自己的特點和個性
深拷貝 VS 淺拷貝
再開始之前需要先給同學科普下什麼是深拷貝，和深拷貝有關係的另個一術語是淺拷貝又是什麼意思呢？如果對這部分部分內容瞭解的同學可以跳過
其實深拷貝和淺拷貝都是針對的引用型別，JS中的變數型別分為值型別（基本型別）和引用型別；對值型別進行復制操作會對值進行一份拷貝，而對引用型別賦值，則會進行地址的拷貝，最終兩個變數指向同一份資料
// 基本型別
var a = 1;
var b = a;
a = 2;
console.log(a, b); // 2, 1 ，a b指向不同的資料
// 引用型別指向同一份資料
var a = {c: 1};
var b = a;
a.c = 2;
console.log(a.c, b.c); // 2, 2 全是2，a b指向同一份資料
複製程式碼對於引用型別，會導致a b指向同一份資料，此時如果對其中一個進行修改，就會影響到另外一個，有時候這可能不是我們想要的結果，如果對這種現象不清楚的話，還可能造成不必要的bug
那麼如何切斷a和b之間的關係呢，可以拷貝一份a的資料，根據拷貝的層級不同可以分為淺拷貝和深拷貝，淺拷貝就是隻進行一層拷貝，深拷貝就是無限層級拷貝
var a1 = {b: {c: {}};
var a2 = shallowClone(a1); // 淺拷貝
a2.b.c === a1.b.c // true
var a3 = clone(a1); // 深拷貝
a3.b.c === a1.b.c // false
複製程式碼淺拷貝的實現非常簡單，而且還有多種方法，其實就是遍歷物件屬性的問題，這裡只給出一種，如果看不懂下面的方法，或對其他方法感興趣，可以看我的這篇文章
function shallowClone(source) {
var target = {};
for(var i in source) {
if (source.hasOwnProperty(i)) {
target[i] = source[i];
}
}
return target;
}
複製程式碼 最簡單的深拷貝
深拷貝的問題其實可以分解成兩個問題，淺拷貝+遞迴，什麼意思呢？假設我們有如下資料
var a1 = {b: {c: {d: 1}};
複製程式碼只需稍加改動上面淺拷貝的程式碼即可，注意區別
function clone(source) {
var target = {};
for(var i in source) {
if (source.hasOwnProperty(i)) {
if (typeof source[i] === 'object') {
target[i] = clone(source[i]); // 注意這裡
} else {
target[i] = source[i];
}
}
}
return target;
}
複製程式碼大部分人都能寫出上面的程式碼，但當我問上面的程式碼有什麼問題嗎？就很少有人答得上來了，聰明的你能找到問題嗎？
其實上面的程式碼問題太多了，先來舉幾個例子吧
- 沒有對引數做檢驗
- 判斷是否物件的邏輯不夠嚴謹
- 沒有考慮陣列的相容
(⊙o⊙)，下面我們來看看各個問題的解決辦法，首先我們需要抽象一個判斷物件的方法，其實比較常用的判斷物件的方法如下，其實下面的方法也有問題，但如果能夠回答上來那就非常不錯了，如果完美的解決辦法感興趣，不妨看看這裡吧
function isObject(x) {
return Object.prototype.toString.call(x) === '[object Object]';
}
複製程式碼函式需要校驗引數，如果不是物件的話直接返回
function clone(source) {
if (!isObject(source)) return source;
// xxx
}
複製程式碼關於第三個問題，嗯，就留給大家自己思考吧，本文為了減輕大家的負擔，就不考慮陣列的情況了，其實ES6之後還要考慮set, map, weakset, weakmap，/(ㄒoㄒ)/~~
其實吧這三個都是小問題，其實遞迴方法最大的問題在於爆棧，當資料的層次很深是就會棧溢位
下面的程式碼可以生成指定深度和每層廣度的程式碼，這段程式碼我們後面還會再次用到
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層深度，每層有3個數據 {data: {0: 0, 1: 1, 2: 2}}
createData(3, 0); // 3層深度，每層有0個數據 {data: {data: {data: {}}}}
複製程式碼當clone層級很深的話就會棧溢位，但資料的廣度不會造成溢位
clone(createData(1000)); // ok
clone(createData(10000)); // Maximum call stack size exceeded
clone(createData(10, 100000)); // ok 廣度不會溢位
複製程式碼其實大部分情況下不會出現這麼深層級的資料，但這種方式還有一個致命的問題，就是迴圈引用，舉個例子
var a = {};
a.a = a;
clone(a) // Maximum call stack size exceeded 直接死迴圈了有沒有，/(ㄒoㄒ)/~~
複製程式碼關於迴圈引用的問題解決思路有兩種，一直是迴圈檢測，一種是暴力破解，關於迴圈檢測大家可以自己思考下；關於暴力破解我們會在下面的內容中詳細講解
一行程式碼的深拷貝
有些同學可能見過用系統自帶的JSON來做深拷貝的例子，下面來看下程式碼實現
function cloneJSON(source) {
return JSON.parse(JSON.stringify(source));
}
複製程式碼其實我第一次簡單這個方法的時候，由衷的表示佩服，其實利用工具，達到目的，是非常聰明的做法
下面來測試下cloneJSON有沒有溢位的問題，看起來cloneJSON內部也是使用遞迴的方式
cloneJSON(createData(10000)); // Maximum call stack size exceeded
複製程式碼既然是用了遞迴，那迴圈引用呢？並沒有因為死迴圈而導致棧溢位啊，原來是JSON.stringify內部做了迴圈引用的檢測，正是我們上面提到破解迴圈引用的第一種方法：迴圈檢測
var a = {};
a.a = a;
cloneJSON(a) // Uncaught TypeError: Converting circular structure to JSON
複製程式碼破解遞迴爆棧
其實破解遞迴爆棧的方法有兩條路，第一種是消除尾遞迴，但在這個例子中貌似行不通，第二種方法就是乾脆不用遞迴，改用迴圈，當我提出用迴圈來實現時，基本上90%的前端都是寫不出來的程式碼的，這其實讓我很震驚
舉個例子，假設有如下的資料結構
var a = {
a1: 1,
a2: {
b1: 1,
b2: {
c1: 1
}
}
}
複製程式碼這不就是一個樹嗎，其實只要把資料橫過來看就非常明顯了
a
/ \
a1 a2
| / \
1 b1 b2
| |
1 c1
|
1
複製程式碼用迴圈遍歷一棵樹，需要藉助一個棧，當棧為空時就遍歷完了，棧裡面儲存下一個需要拷貝的節點
首先我們往棧裡放入種子資料，key用來儲存放哪一個父元素的那一個子元素拷貝物件
然後遍歷當前節點下的子元素，如果是物件就放到棧裡，否則直接拷貝
function cloneLoop(x) {
const root = {};
// 棧
const loopList = [
{
parent: root,
key: undefined,
data: x,
}
];
while(loopList.length) {
// 深度優先
const node = loopList.pop();
const parent = node.parent;
const key = node.key;
const data = node.data;
// 初始化賦值目標，key為undefined則拷貝到父元素，否則拷貝到子元素
let res = parent;
if (typeof key !== 'undefined') {
res = parent[key] = {};
}
for(let k in data) {
if (data.hasOwnProperty(k)) {
if (typeof data[k] === 'object') {
// 下一次迴圈
loopList.push({
parent: res,
key: k,
data: data[k],
});
} else {
res[k] = data[k];
}
}
}
}
return root;
}
複製程式碼改用迴圈後，再也不會出現爆棧的問題了，但是對於迴圈引用依然無力應對
破解迴圈引用
有沒有一種辦法可以破解迴圈應用呢？彆著急，我們先來看另一個問題，上面的三種方法都存在的一個問題就是引用丟失，這在某些情況下也許是不能接受的
舉個例子，假如一個物件a，a下面的兩個鍵值都引用同一個物件b，經過深拷貝後，a的兩個鍵值會丟失引用關係，從而變成兩個不同的物件，o(╯□╰)o
var b = {};
var a = {a1: b, a2: b};
a.a1 === a.a2 // true
var c = clone(a);
c.a1 === c.a2 // false
複製程式碼如果我們發現個新物件就把這個物件和他的拷貝存下來，每次拷貝物件前，都先看一下這個物件是不是已經拷貝過了，如果拷貝過了，就不需要拷貝了，直接用原來的，這樣我們就能夠保留引用關係了，✧(≖ ◡ ≖✿)嘿嘿
但是程式碼怎麼寫呢，o(╯□╰)o，別急往下看，其實和迴圈的程式碼大體一樣，不一樣的地方我用// ==========標註出來了
引入一個數組uniqueList用來儲存已經拷貝的陣列，每次迴圈遍歷時，先判斷物件是否在uniqueList中了，如果在的話就不執行拷貝邏輯了
find是抽象的一個函式，其實就是遍歷uniqueList
// 保持引用關係
function cloneForce(x) {
// =============
const uniqueList = []; // 用來去重
// =============
let root = {};
// 迴圈陣列
const loopList = [
{
parent: root,
key: undefined,
data: x,
}
];
while(loopList.length) {
// 深度優先
const node = loopList.pop();
const parent = node.parent;
const key = node.key;
const data = node.data;
// 初始化賦值目標，key為undefined則拷貝到父元素，否則拷貝到子元素
let res = parent;
if (typeof key !== 'undefined') {
res = parent[key] = {};
}
// =============
// 資料已經存在
let uniqueData = find(uniqueList, data);
if (uniqueData) {
parent[key] = uniqueData.target;
continue; // 中斷本次迴圈
}
// 資料不存在
// 儲存源資料，在拷貝資料中對應的引用
uniqueList.push({
source: data,
target: res,
});
// =============
for(let k in data) {
if (data.hasOwnProperty(k)) {
if (typeof data[k] === 'object') {
// 下一次迴圈
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;
}
複製程式碼下面來驗證一下效果，amazing
var b = {};
var a = {a1: b, a2: b};
a.a1 === a.a2 // true
var c = cloneForce(a);
c.a1 === c.a2 // true
複製程式碼接下來再說一下如何破解迴圈引用，等一下，上面的程式碼好像可以破解迴圈引用啊，趕緊驗證一下
驚不驚喜，(*^__^*) 嘻嘻……
var a = {};
a.a = a;
cloneForce(a)
複製程式碼看起來完美的cloneForce是不是就沒問題呢？cloneForce有兩個問題
第一個問題，所謂成也蕭何，敗也蕭何，如果保持引用不是你想要的，那就不能用cloneForce了；
第二個問題，cloneForce在物件數量很多時會出現很大的問題，如果資料量很大不適合使用cloneForce
效能對比
上邊的內容還是有點難度，下面我們來點更有難度的，對比一下不同方法的效能
我們先來做實驗，看資料，影響效能的原因有兩個，一個是深度，一個是每層的廣度，我們採用固定一個變數，只讓一個變數變化的方式來測試效能
測試的方法是在指定的時間內，深拷貝執行的次數，次數越多，證明效能越好
下面的runTime是測試程式碼的核心片段，下面的例子中，我們可以測試在2秒內執行clone(createData(500, 1)的次數
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);
複製程式碼下面來做第一個測試，將廣度固定在100，深度由小到大變化，記錄1秒內執行的次數
| 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 |
將上面的資料做成表格可以發現，一些規律
- 隨著深度變小，相互之間的差異在變小
- clone和cloneLoop的差別並不大
- cloneLoop > cloneForce > cloneJSON
我們先來分析下各個方法的時間複雜度問題，各個方法要做的相同事情，這裡就不計算，比如迴圈物件，判斷是否為物件
- clone時間 = 建立遞迴函式 + 每個物件處理時間
- cloneJSON時間 = 迴圈檢測 + 每個物件處理時間 * 2 （遞迴轉字串 + 遞迴解析）
- cloneLoop時間 = 每個物件處理時間
- cloneForce時間 = 判斷物件是否快取中 + 每個物件處理時間
cloneJSON的速度只有clone的50%，很容易理解，因為其會多進行一次遞迴時間
cloneForce由於要判斷物件是否在快取中，而導致速度變慢，我們來計算下判斷邏輯的時間複雜度，假設物件的個數是n，則其時間複雜度為O(n2)，物件的個數越多，cloneForce的速度會越慢
1 + 2 + 3 ... + n = n^2/2 - 1
複製程式碼關於clone和cloneLoop這裡有一點問題，看起來實驗結果和推理結果不一致，其中必有蹊蹺
接下來做第二個測試，將深度固定在10000，廣度固定為0，記錄2秒內執行的次數
| 寬度 | clone | cloneJSON | cloneLoop | cloneForce |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 13400 | 3272 | 14292 | 989 |
排除寬度的干擾，來看看深度對各個方法的影響
- 隨著物件的增多，cloneForce的效能低下凸顯
- cloneJSON的效能也大打折扣，這是因為迴圈檢測佔用了很多時間
- cloneLoop的效能高於clone，可以看出遞迴新建函式的時間和迴圈物件比起來可以忽略不計
下面我們來測試一下cloneForce的效能極限，這次我們測試執行指定次數需要的時間
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)
複製程式碼通過測試發現，其時間成指數級增長，當物件個數大於萬級別，就會有300ms以上的延遲
總結
尺有所短寸有所長，無關乎好壞優劣，其實每種方法都有自己的優缺點，和適用場景，人盡其才，物盡其用，方是真理
下面對各種方法進行對比，希望給大家提供一些幫助
| clone | cloneJSON | cloneLoop | cloneForce | |
|---|---|---|---|---|
| 難度 | ☆☆ | ☆ | ☆☆☆ | ☆☆☆☆ |
| 相容性 | ie6 | ie8 | ie6 | ie6 |
| 迴圈引用 | 一層 | 不支援 | 一層 | 支援 |
| 棧溢位 | 會 | 會 | 不會 | 不會 |
| 保持引用 | 否 | 否 | 否 | 是 |
| 適合場景 | 一般資料拷貝 | 一般資料拷貝 | 層級很多 | 保持引用關係 |
本文的靈感都來自於@jsmini/clone，如果大家想使用文中的4種深拷貝方式，可以直接使用@jsmini/clone這個庫
// npm install --save @jsmini/clone
import { clone, cloneJSON, cloneLoop, cloneForce } from '@jsmini/clone';
複製程式碼本文為了簡單和易讀，示例程式碼中忽略了一些邊界情況，如果想學習生產中的程式碼，請閱讀@jsmini/clone的原始碼
@jsmini/clone孵化於jsmini，jsmini致力於為大家提供一組小而美，無依賴的高質量庫
jsmini的誕生離不開jslib-base，感謝jslib-base為jsmini提供了底層技術
感謝你閱讀了本文，相信現在你能夠駕馭任何深拷貝的問題了，如果有什麼疑問，歡迎和我討論
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