Java ArrayList中存储对象数组的引用陷阱与深拷贝解决方案

本文深入探讨了在Java中使用ArrayList存储包含二维数组的对象时，由于引用传递导致的常见问题：所有存储的对象最终指向同一数组的最终状态。文章详细解释了Java的引用语义，并提供了一种通过执行数组深拷贝来确保每个对象实例持有独立数组状态的有效解决方案，附带示例代码和最佳实践。

1. 理解Java中的对象与数组引用

在java中，当我们将对象（包括数组）赋值给变量或作为参数传递时，传递的不是对象本身，而是对该对象的引用。这意味着多个变量可以指向内存中的同一个对象。对于基本数据类型（如int, double, boolean等），赋值操作会复制其值；但对于对象类型（包括数组），赋值操作只会复制其引用。

例如，int[][] A声明了一个二维整型数组的引用。当你执行Matrices m = new Matrices(); m.setM(A);时，Matrices对象内部的M字段将持有与局部变量A相同的引用，它们都指向内存中的同一个二维数组实例。

2. 问题场景分析

考虑以下场景：在一个循环中，我们希望将一个二维数组在不同迭代中的状态保存到一个ArrayList中。Matrices是一个简单的封装类，包含一个int[][]类型的成员变量。

原始的Matrices类定义如下：

public class Matrices {    private int M[][]; // 按照Java命名规范，通常建议使用小写字母m    public int[][] getM() {        return M;    }    public void setM(int[][] M) {        this.M = M;    }}

在主程序中，我们尝试在循环中创建Matrices对象并将其添加到ArrayList中：

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import java.util.ArrayList;public class FloydAlgorithmExample {    // 假设panel.CreaMatriz() 和 panel.EscribeMatrices() 是外部方法    // 简化示例，此处用模拟数据代替    static class Panel {        public int[][] CreaMatriz() {            // 模拟初始矩阵            return new int[][]{                {0, 3, 1, Integer.MAX_VALUE},                {Integer.MAX_VALUE, 0, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE},                {Integer.MAX_VALUE, 4, 0, 1},                {3, Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE, 0}            };        }        public String EscribeMatrices(int[][] matrix) {            StringBuilder sb = new StringBuilder();            for (int[] row : matrix) {                for (int val : row) {                    if (val == Integer.MAX_VALUE) {                        sb.append(" ∞ ");                    } else {                        sb.append(String.format("%3d", val));                    }                }                sb.append("n");            }            return sb.toString();        }    }    public static void main(String[] args) {        Panel panel = new Panel();        ArrayList matrices = new ArrayList();        // 初始矩阵        int[][] A = panel.CreaMatriz();        // 模拟节点数量        ArrayList