【设计模式】第五篇：什么是原型模式？浅提浅拷贝和深拷贝

一 原型模式引入

原型模式作为创建型模式的最后一种，它并没有涉及到很多的内容，我们来看一下

首先举一个生活上的例子，例如我们要出版一本书，其中有一些信息字段，例如书名价格等等

public class Book {
    private String name; // 姓名
    private int price; // 价格
    private Partner partner; // 合作伙伴
    // 省略构造函数、get set、toString 等
}

引用类型 Partner 也很简单

public class Partner{
    private String name;
    
// 省略构造函数、get set、toString 等
}

(一) 直接 new

书籍出版肯定不能只出一本，如何大批量生产呢？

有人或许想到，像下面这样每一次都重新 new（甚至写个 for 循环），咱先不说大量 new 的效率问题，首先每次一都需要重新给新对象复制，这不就像，我每刊印一本书，就得重新写一次吗？？？

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
		// 初始化一个合作伙伴类型
        Partner partner = new Partner("张三");
		// 带参赋值
        Book bookA = new Book("理想二旬不止", 66, partner);
        Book bookB = new Book("理想二旬不止", 66, partner);

        System.out.println("A: " + bookA.toString());
        System.out.println("A: " + bookA.hashCode());
	    System.out.println("B: " + bookB.toString());
      	System.out.println("B: " + bookB.hashCode());

    }
}

有的同学还或许想到了，先把 A 创建出来，然后再赋值给 B、C ..... 等等，但是这种方式其实是传递引用而不是传值，这就好比在 C 和 B 上写着，内容详情请看 A

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

        // 初始化一个合作伙伴类型
        Partner partner = new Partner("张三");
        // 带参赋值
        Book bookA = new Book("理想二旬不止", 66, partner);

        System.out.println("A: " + bookA.toString());
        System.out.println("A: " + bookA.hashCode());
        
        // 引用赋值
        Book bookB = bookA;
        
        System.out.println("B: " + bookB.toString());
        System.out.println("B: " + bookB.hashCode());
    }
}

这两样显然是不行的，我们正常的思路是，作者只需要写一次书籍内容，先刊印一本，如果能行，就照着这个样本进行大批量同彩复印，而上面的传引用方法也显然不合适，这就需要用到Java克隆

(二) 浅克隆

用到克隆，首先就对 Book 类进行处理

• 首先实现 Cloneable 接口
• 接着重写 clone 方法

public class Book implements Cloneable{
    private String name; // 姓名
    private int price; // 价格
    private Partner partner; // 合作伙伴

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
    
    // 省略构造函数、get set、toString 等
}

再来测试一下

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        // 初始化一个合作伙伴类型
        Partner partner = new Partner("张三");
        // 带参赋值
        Book bookA = new Book("理想二旬不止", 66, partner);
        // B 克隆 A
        Book bookB = (Book) bookA.clone();

        System.out.println("A: " + bookA.toString());
        System.out.println("A: " + bookA.hashCode());
        System.out.println("B: " + bookB.toString());
        System.out.println("B: " + bookB.hashCode());
    }
}

执行结果

A: Book{name='理想二旬不止', price=66, partner=Partner{name=张三}}
A: 460141958
B: Book{name='理想二旬不止', price=66, partner=Partner{name=张三}}
B: 1163157884

结果非常明显，书籍信息是一致的，但是内存地址是不一样的，也就是说确实克隆成功了，打印其 hashCode 发现两者并不相同，说明不止指向同一个，也是满足我们要求的

到这里并没有结束，你会发现还是有问题，当你刊印的过程中修改一些值的内容的时候，你看看效果

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        // 初始化一个合作伙伴类型
        Partner partner = new Partner("张三");
        // 带参赋值
        Book bookA = new Book("理想二旬不止", 66, partner);
        // B 克隆 A
        Book bookB = (Book) bookA.clone();
        // 修改数据
        partner.setName("李四");

        System.out.println("A: " + bookA.toString());
        System.out.println("A: " + bookA.hashCode());
        System.out.println("B: " + bookB.toString());
        System.out.println("B: " + bookB.hashCode());
    }
}

执行结果

A: Book{name='理想二旬不止', price=66, partner=Partner{name=李四}}
A: 460141958
B: Book{name='理想二旬不止', price=66, partner=Partner{name=李四}}
B: 1163157884

？？？这不对啊，B 明明是先克隆 A 的，为什么我在克隆后，修改了 A 中一个的值，但是B也变化了啊

这就是典型的浅克隆，在 Book 类，当字段是引用类型，例如 Partner 这个合作伙伴类，就是我们自定义的类，这种情况复制引用不赋值引用的对象，因此，原始对象和复制后的这个Partner对象是引用同一个对象的

(三) 深克隆

如何解决上面的问题呢，我们需要重新重写 clone 的内容，同时在引用类型中也实现浅克隆

(1) 被引用类型实现浅克隆

全代码如下

public class Partner implements Cloneable {
    private String name;

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
    // 省略构造函数、get set、toString 等
}

(2) 修改引用类 cloen 方法

public class Book implements Cloneable{
    private String name; // 姓名
    private int price; // 价格
    private Partner partner; // 合作伙伴

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
		Object clone = super.clone();
        Book book = (Book) clone;
        book.partner =(Partner) this.partner.clone();
        return clone;
    }
	// 省略构造函数、get set、toString 等
}

测试一下

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        // 初始化一个合作伙伴类型
        Partner partner = new Partner("张三");
        // 带参赋值
        Book bookA = new Book("理想二旬不止", 66, partner);
        // B 克隆 A
        Book bookB = (Book) bookA.clone();
        // 修改数据
        partner.setName("李四");

        System.out.println("A: " + bookA.toString());
        System.out.println("A: " + bookA.hashCode());
        System.out.println("B: " + bookB.toString());
        System.out.println("B: " + bookB.hashCode());
    }
}

执行效果

A: Book{name='理想二旬不止', price=66, partner=Partner{name=李四}}
A: 460141958
B: Book{name='理想二旬不止', price=66, partner=Partner{name=张三}}
B: 1163157884

可以看到，B 克隆 A 后，修改 A 中 合作伙伴 的值，没有受到影响，这也就是我们一开头想要实现的效果了

二 原型模式理论

(一) 什么是原型模式

在一些程序中，或许需要创建大量相同或者相似的对象，在构造函数的执行比较缓慢的时候，多次通过传统的构造函数创建对象，就会复杂且耗资源，同时创建时的细节也一样暴露了出来

原型模式就可以帮助我们解决这一问题

定义：原型模式，甩原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象

(二) 结构

根据结构图简单说一下其中的角色：

• 抽象原型类（Prototype）：规定了具体原型对象必须实现的接口
• 具体原型类（ConcretePrototype）：实现 clone 方法，即一个克隆自身的操作
• 访问类（Client）：使用具体原型类中的 clone 方法克隆自身，从而创建一个新的对象

(三) 两种模式

根据上面的例子也可以看出来了，原型模式分为浅克隆和深克隆

• 浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址
• 深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址。

(四) 优缺点

优点：

• Java 原型模式基于内存二进制流复制，比直接 new 的性能会更好一些

• 可以利用深克隆保存对象状态，存一份旧的（克隆出来），在对其修改，可以充当一个撤销功能

缺点：

• 需要配置 clone 方法，改造时需要对已有类进行修改，违背 “开闭原则”
• 如果对象间存在多重嵌套引用时，每一层都需要实现克隆
  • 例如上例中，Book 中实现深克隆，Partner 中实现浅克隆，所以要注意深浅克隆运用得当

结尾

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