深拷貝的終極探索(90%的人都不了解)

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，代碼能力，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，我總能夠瀟灑的再拋出一些問題，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了解的同學可以跳過

其實深拷貝和淺拷貝都是針對的引用類型，JS中的變量類型分為值類型（基本類型）和引用類型；對值類型進行複製操作會對值進行一份拷貝，而對引用類型賦值，則會進行地址的拷貝，最終兩個變量指向同一份數據

// 基本類型var a = 1;var b = a;a = 2;console.log(a, b); // 2, 1 ，a b指向不同的數據// 引用類型指向同一份數據var a = {c: 1};var b = a;a.c = 2;console.log(a.c, b.c); // 2, 2 全是2，a b指向同一份數據

對於引用類型，會導致a b指向同一份數據，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的數據，根據拷貝的層級不同可以分為淺拷貝和深拷貝，淺拷貝就是只進行一層拷貝，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 // truevar a3 = clone(a1); // 深拷貝a3.b.c === a1.b.c // false

淺拷貝的實現非常簡單，而且還有多種方法，其實就是遍歷對象屬性的問題，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;}

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+遞歸，什麼意思呢？假設我們有如下數據

var a1 = {b: {c: {d: 1}};

只需稍加改動上面淺拷貝的代碼即可，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;}

大部分人都能寫出上面的代碼，但當我問上面的代碼有什麼問題嗎？就很少有人答得上來了，聰明的你能找到問題嗎？

其實上面的代碼問題太多了，先來舉幾個例子吧

沒有對參數做檢驗

判斷是否對象的邏輯不夠嚴謹

沒有考慮數組的兼容

(⊙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對象的方法，其實比較常用的判斷對象的方法如下，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]';}

函數需要校驗參數，如果不是對象的話直接返回

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

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，就不考慮數組的情況了，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，其實遞歸方法最大的問題在於爆棧，當數據的層次很深是就會棧溢出

下面的代碼可以生成指定深度和每層廣度的代碼，這段代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: {}}}}

當clone層級很深的話就會棧溢出，但數據的廣度不會造成溢出

clone(createData(1000)); // okclone(createData(10000)); // Maximum call stack size exceededclone(createData(10, 100000)); // ok 廣度不會溢出

其實大部分情況下不會出現這麼深層級的數據，但這種方式還有一個致命的問題，就是循環引用，舉個例子

var a = {};a.a = a;clone(a) // Maximum call stack size exceeded 直接死循環了有沒有，/(ㄒoㄒ)/~~

關於循環引用的問題解決思路有兩種，一直是循環檢測，一種是暴力破解，關於循環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

一行代碼的深拷貝

有些同學可能見過用系統自帶的JSON來做深拷貝的例子，下面來看下代碼實現

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

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有沒有溢出的問題，看起來cloneJSON內部也是使用遞歸的方式

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

既然是用了遞歸，那循環引用呢？並沒有因為死循環而導致棧溢出啊，原來是JSON.stringify內部做了循環引用的檢測，正是我們上面提到破解循環引用的第一種方法：循環檢測

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

破解遞歸爆棧

其實破解遞歸爆棧的方法有兩條路，第一種是消除尾遞歸，但在這個例子中貌似行不通，第二種方法就是乾脆不用遞歸，改用循環，當我提出用循環來實現時，基本上90%的前端都是寫不出來的代碼的，這其實讓我很震驚

舉個例子，假設有如下的數據結構

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

這不就是一個樹嗎，其實只要把數據橫過來看就非常明顯了

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

用循環遍歷一棵樹，需要藉助一個棧，當棧為空時就遍歷完了，棧裡面存儲下一個需要拷貝的節點

首先我們往棧裡放入種子數據，key用來存儲放哪一個父元素的那一個子元素拷貝對象

然後遍歷當前節點下的子元素，如果是對象就放到棧裡，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') {                    // 下一次循環                    loopList.push({                        parent: res,                        key: k,                        data: data[k],                    });                } else {                    res[k] = data[k];                }            }        }    }    return root;}

改用循環後，再也不會出現爆棧的問題了，但是對於循環引用依然無力應對

破解循環引用

有沒有一種辦法可以破解循環應用呢？別著急，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，假如一個對象a，a下面的兩個鍵值都引用同一個對象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對象，o(╯□╰)o

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

如果我們發現個新對象就把這個對象和他的拷貝存下來，每次拷貝對象前，都先看一下這個對象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

但是代碼怎麼寫呢，o(╯□╰)o，別急往下看，其實和循環的代碼大體一樣，不一樣的地方我用// ==========標註出來了

引入一個數組uniqueList用來存儲已經拷貝的數組，每次循環遍歷時，先判斷對象是否在uniqueList中了，如果在的話就不執行拷貝邏輯了

find是抽象的一個函數，其實就是遍歷uniqueList

// 保持引用關係function cloneForce(x) {    // =============    const uniqueList = []; // 用來去重    // =============    let root = {};    // 循環數組    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] = {};        }        // =============        // 數據已經存在        let uniqueData = find(uniqueList, data);        if (uniqueData) {            parent[key] = uniqueData.target;            continue; // 中斷本次循環        }        // 數據不存在        // 保存源數據，在拷貝數據中對應的引用        uniqueList.push({            source: data,            target: res,        });        // =============        for(let k in data) {            if (data.hasOwnProperty(k)) {                if (typeof data[k] === 'object') {                    // 下一次循環                    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;}

下面來驗證一下效果，amazing

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

接下來再說一下如何破解循環引用，等一下，上面的代碼好像可以破解循環引用啊，趕緊驗證一下

驚不驚喜，(*^__^*) 嘻嘻……

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

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在對象數量很多時會出現很大的問題，如果數據量很大不適合使用cloneForce

性能對比

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性能

我們先來做實驗，看數據，影響性能的原因有兩個，一個是深度，一個是每層的廣度，我們採用固定一個變量，只讓一個變量變化的方式來測試性能

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，證明性能越好

下面的runTime是測試代碼的核心片段，下面的例子中，我們可以測試在2秒內運行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);

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clonecloneJSONcloneLoopcloneForce500351212338372100017410417514315001166711282200092508869

將上面的數據做成表格可以發現，一些規律

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，比如循環對象，判斷是否為對象

clone時間 = 創建遞歸函數 + 每個對象處理時間

cloneJSON時間 = 循環檢測 + 每個對象處理時間 * 2 （遞歸轉字符串 + 遞歸解析）

cloneLoop時間 = 每個對象處理時間

cloneForce時間 = 判斷對象是否緩存中 + 每個對象處理時間

cloneJSON的速度只有clone的50%，很容易理解，因為其會多進行一次遞歸時間

cloneForce由於要判斷對象是否在緩存中，而導致速度變慢，我們來計算下判斷邏輯的時間複雜度，假設對象的個數是n，則其時間複雜度為O(n2)，對象的個數越多，cloneForce的速度會越慢

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

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clonecloneJSONcloneLoopcloneForce013400327214292989

排除寬度的幹擾，來看看深度對各個方法的影響

隨著對象的增多，cloneForce的性能低下凸顯

cloneJSON的性能也大打折扣，這是因為循環檢測佔用了很多時間

cloneLoop的性能高於clone，可以看出遞歸新建函數的時間和循環對象比起來可以忽略不計

下面我們來測試一下cloneForce的性能極限，這次我們測試運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)

通過測試發現，其時間成指數級增長，當對象個數大於萬級別，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

clonecloneJSONcloneLoopcloneForce難度☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆兼容性ie6ie8ie6ie6循環引用一層不支持一層支持棧溢出會會不會不會保持引用否否否是適合場景一般數據拷貝一般數據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/cloneimport { clone, cloneJSON, cloneLoop, cloneForce } from '@jsmini/clone';

本文為了簡單和易讀，示例代碼中忽略了一些邊界情況，如果想學習生產中的代碼，請閱讀@jsmini/clone的源碼

@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

最後感謝你閱讀了本文，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

最後最後推薦下我的新書《React 狀態管理與同構實戰》這本書凝結了我在學習、實踐 React 框架過程中的積累和心得

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