JAXB и множественные отношения объектов

Это проблема не JAXB, а вашей модели. Как бы вы хотели, чтобы JAXB отображал ваши отношения в XML, когда XML не предоставляет стандартного механизма для выражения этого? И потребитель, и производитель XML должны иметь слой бизнес-логики, который бы согласовывался с представлением.

Я предлагаю вам изменить ваши данные. Например, вместо того, чтобы содержать детей внутри родителей, вы можете сгладить все:

<parent id="parent1">
   <child ref="child1"/>
   <child ref="child2"/>
</parent>

<parent id="parent2">
   <child ref="child2"/>
   <child ref="child3"/>
</parent>

<child id="child1"/>
<child id="child2"/>
<child id="child3"/>

Какой бы механизм ни читал и не писал эту структуру, он должен знать, что все это значит, но я не вижу другого хорошего способа сделать это.

Еще один интересный момент заключается в том, что XStream имеет поддержка ссылок на объекты при сериализации/десериализации графов объектов, но это полностью проприетарный механизм.

JAXB поддерживает ссылки без ограничения между объектами в дереве с использованием комбинации @XmlID/@XmlIDREF. Требованием для этого является то, что на все объекты в дереве также должны ссылаться отношения включения. В вашей модели это может означать предоставление Root коллекции Child.

Ниже будет модифицированная версия вашего кода:

Root root = new Root(); 

Parent parent1 = new Parent(); 
Parent parent2 = new Parent(); 

root.add(parent1); 
root.add(parent2); 

Child child1 = new Child(); 
child1.id = "1";
root.add(child1);
parent1.add(child1); 

Child child2 = new Child();
child2.id = "2";
root.add(child2);
parent1.add(child2); 
parent2.add(child2); 

Child child3 = new Child();
child3.id = "3";
root.add(child3);
parent2.add(child3);

Тогда ваши классы моделей будут выглядеть так:

import javax.xml.bind.annotation.XmlRootElement;

@XmlRootElement
public class Root {

    public List<Parent> parent = new ArrayList<Parent>();
    public List<Child> child = new ArrayList<Child>();

    public void add(Parent parent1) {
        parent.add(parent1);
    }

    public void add(Child child1) {
        child.add(child1);
    }
}

import javax.xml.bind.annotation.XmlIDREF;

public class Parent {

    @XmlIDREF
    public List<Child> child = new ArrayList<Child>();

    public void add(Child child1) {
        child.add(child1);
    }

}

import javax.xml.bind.annotation.XmlAttribute;
import javax.xml.bind.annotation.XmlID;

public class Child {

    @XmlID
    @XmlAttribute
    public String id;

}

Результирующий XML будет выглядеть так:

<root>
    <parent>
        <child>1</child>
        <child>2</child>
    </parent>
    <parent>
        <child>2</child>
        <child>3</child>
    </parent>
    <child id="1"/>
    <child id="2"/>
    <child id="3"/>
</root>

потенциально вы могли бы сделать это, написав класс адаптера для класса Root, который при разупорядочении может очистить дочерние объекты, чтобы удалить дубликаты.

Небольшая мысль: реализуют ли объекты Child правильный метод equals()?

Как уже говорилось в других ответах. Это дизайн JAXB.

Что вы можете сделать, так это вручную склеить несколько копий того, что, по вашему мнению, было одним и тем же объектом перед сериализацией. Тогда вам не понадобится собственный уникальный идентификатор для объектов, чтобы вы могли отличать клоны от других объектов.