4.java设计模式之原型模式

基本需求

• 有一个Sheep类的对象，我们现在需要创建100个和该对象属性完全一致的对象

传统方式

• 使用new关键字创建100个对象，将这一百个对象属性使用原型的get方法进行复制

• 代码实现

  • // Sheep类
    @Data
    @ToString
    @NoArgsConstructor
    @AllArgsConstructor
    public class Sheep {
    
       private String name;
    
       private int age;
    
    }
    
    // Client
    public static void main(String[] args) {
       Sheep sheep = new Sheep("zhangsan", 20);
       // 传统方式
       Sheep sheep1 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge());
       // ......
       System.out.println(sheep1);
    }
    

• 缺陷及改进

  • 容易理解好操作，使用时需要频繁获取原型对象的属性，如果原型对象复杂，则效率很低，总是需要重新初始化对象，而不是动态地获得对象运行时的状态, 不够灵活
  • 使用java基类中Object的clone()方法，可以复制对象，需要类实现Cloneable接口，该接口表示该类有复制能力，也就是原型模式

基本介绍

• 创建重复的对象，同时又能保证性能。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。这种模式是实现了一个原型接口，该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时，则采用这种模式。例如，一个对象需要在一个高代价的数据库操作之后被创建。我们可以缓存该对象，在下一个请求时返回它的克隆，在需要的时候更新数据库，以此来减少数据库调用

• 实现方式：实现Cloneable接口，复写clone()方法或通过序列化，原型模式同样用于隔离类对象的使用者和具体类型（易变类）之间的耦合关系，它同样要求这些"易变类"拥有稳定的接口

• 优缺点：

  • 性能提高，逃避构造函数的约束
  • 配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类不是很难，但对于已有的类不一定很容易，特别当一个类引用不支持串行化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候
  • 必须实现 Cloneable 接口

• 使用场景：

  • 资源优化场景、类初始化需要消化非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等
  • 性能和安全要求的场景、通过new产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，则可以使用原型模式
  • 一个对象多个修改者的场景、一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用
  • 在实际项目中，原型模式很少单独出现，一般是和工厂方法模式一起出现，通过 clone 的方法创建一个对象，然后由工厂方法提供给调用者

• UMl类图

  • 

• 代码实现

  • @Data
    @ToString
    @NoArgsConstructor
    @AllArgsConstructor
    public class Sheep implements Serializable, Cloneable {
    
       private String name;
    
       private int age;
    
       // 默认的super.clone()实现的浅拷贝，即对于基本类型和字符串拷贝直接赋值，对于引用类型的直接拷贝的引用（并没有重新创建该内部的对象）
       private Friend friend;
    
       @Override
       protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
           // 如果没有实现Cloneable接口 调用该方法会抛出CloneNotSupportedException异常
           return super.clone();
       }
    
    }
    
    public class Client {
       public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
           Friend friend = new Friend("666");
           Sheep sheep = new Sheep("zhangsan", 23, friend);
           // 使用默认clone方法 采用的是浅拷贝
           Sheep sheep1 = (Sheep) sheep.clone();
           Sheep sheep2 = (Sheep) sheep.clone();
           System.out.println(sheep1.toString());
           System.out.println(sheep2.toString());
           // 结果是true 说明clone出来的sheep1和sheep2中引用的是同一Friend对象，并没有将Friend对象再克隆一份，是浅拷贝
           // 深拷贝则是将Friend对象再克隆一份，sheep1和sheep2中引用的不是同一Friend对象 结果为false
           System.out.println(sheep1.getFriend() == sheep2.getFriend());
       }
    }
    

spring源码

• 在spring中AbstractBeanFactory类中doGetBean()方法中有使用到原型模式，配置bean标签时，有个属性为Scope

  • if (mbd.isSingleton()) {
       sharedInstance = this.getSingleton(beanName, () -> {
           try {
               return this.createBean(beanName, mbd, args);
           } catch (BeansException var5) {
               this.destroySingleton(beanName);
               throw var5;
           }
       });
       bean = this.getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
       // 此处判断了是否使用了prototype
    } else if (mbd.isPrototype()) {
       var11 = null;
    
       Object prototypeInstance;
       try {
           this.beforePrototypeCreation(beanName);
           prototypeInstance = this.createBean(beanName, mbd, args);
       } finally {
           this.afterPrototypeCreation(beanName);
       }
    }
    

浅拷贝和深拷贝

• 默认的super.clone()实现的浅拷贝，即对于基本类型和字符串拷贝直接赋值，对于引用类型的直接拷贝的引用（并没有重新创建该内部的对象)

• 深拷贝则是将对象内部引用类型的属性会创建新的对象，使用的不是同一个对象

• 深拷贝实现方式

  • 重写clone()方法，需要实现Cloneable接口
  • 使用序列化，需要实Serializable

• 代码实现

• // Sheep 类 重写clone方法 和 增加deepClone方法
  @Data
  @ToString
  @NoArgsConstructor
  @AllArgsConstructor
  public class Sheep implements Serializable, Cloneable {
  
     private String name;
  
     private int age;
  
     // 默认的super.clone()实现的浅拷贝，即对于基本类型和字符串拷贝直接赋值，对于引用类型的直接拷贝的引用（并没有重新创建该内部的对象）
     private Friend friend;
  
     @Override
     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
         // 如果没有实现Cloneable接口 调用该方法会抛出CloneNotSupportedException异常
         // return super.clone();
  
         // 实现深拷贝方式一 重写clone方法 此种方法不好用
         // 如果最外层对象有多个引用类型的属性，则每个引用属性都要进行克隆，很麻烦
         // 如果层对象内部引用类型的属性仍然有引用类型的属性，则需要多层克隆，不易实现
         // 1.先浅拷贝最外层的对象
         Sheep sheep = (Sheep) super.clone();
         // 2.再拷贝外层对象内部引用类型的属性
         if (null != sheep.getFriend()) {
             sheep.setFriend((Friend) sheep.getFriend().clone());
         }
         return sheep;
     }
  
     public Object deepClone() {
         // 实现深拷贝方式二 序列化方式
         ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = null;
         ObjectOutputStream objectOutputStream = null;
         ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = null;
         ObjectInputStream objectInputStream = null;
         try {
             byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
             objectOutputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);
             // 将当前对象写入到字节数组流中
             objectOutputStream.writeObject(this);
             byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray());
             objectInputStream = new ObjectInputStream(byteArrayInputStream);
             // 从字节数组流中读取对象并返回
             return (Sheep) objectInputStream.readObject();
         } catch (Exception e) {
             e.printStackTrace();
             return null;
         } finally {
             try {
                 objectInputStream.close();
                 byteArrayInputStream.close();
                 objectOutputStream.close();
                 byteArrayOutputStream.close();
             } catch (IOException e) {
                 e.printStackTrace();
             }
         }
     }
  
  }
  

注意事项

• 创建新的对象比较复杂时，可以利用原型模式简化对象的创建过程，同时也能够提高效率
• 不用重新初始化对象，而是动态地获得对象运行时的状态
• 如果原始对象发生变化(增加或者减少属性)，其它克隆对象的也会发生相应的变化，无需修改代码
• 在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码
• 缺点：需要为每一个类配备一个克隆方法，这对全新的类来说不是很难，但对已有的类进行改造时，需要修改其源代码，违背了ocp原则