【Java】从零开始学设计模式：原型模式

Love The Way You Lie 2022-05-21 11:09 174阅读 0赞

## 定义 ##

`原型模式`是创建型模式的一种，其特点在于通过“复制”一个已经存在的实例来返回新的实例，而不是新建实例。被复制的实例就是我们所称的“原型”，这个原型是可定制的。

## 适用场景 ##

原型模式多用于创建复杂的或者耗时的实例，因为这种情况下，复制一个已经存在的实例使程序运行更高效；或者创建值相等，只是命名不一样的同类数据

### 优点 ###

*  Java 自带的原型模式基于内存二进制流的复制，在性能上比直接 new 一个对象更加优良。
 *  可以使用深克隆方式保存对象的状态，使用原型模式将对象复制一份，并将其状态保存起来，简化了创建对象的过程，以便在需要的时候使用（例如恢复到历史某一状态），可辅助实现撤销操作。

### 缺点 ###

*  需要为每一个类都配置一个 clone 方法
 *  clone 方法位于类的内部，当对已有类进行改造的时候，需要修改代码，违背了开闭原则。
 *  当实现深克隆时，需要编写较为复杂的代码，而且当对象之间存在多重嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支持深克隆，实现起来会比较麻烦。因此，深克隆、浅克隆需要运用得当。

## 实现 ##

### Cloneable 接口 ###

#### 浅复制 ####

几点说明

1.  Cloneable 是一个空接口，只是一个**标记**
2.  我们重写的clone方法，实际上是重写的 Object 的clone方法 `protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;`，而这个方法内部实现又是通过本地方法 `c/c++`来实现的，所以这也是比new一个对象出来要更快的原因
3.  clone方法将创建当前对象类的新实例，并使用此对象对应字段的内容初始化其所有字段，就像赋值一样；字段的内容本身不是克隆的。因此，此方法执行此对象的“浅拷贝”，而不是“深拷贝”操作

@Data
    public class Wukong implements Cloneable { 
    
        private Integer age;
    
        @Override
        public Wukong clone() { 
            try { 
                return (Wukong) super.clone();
            } catch (CloneNotSupportedException e) { 
                throw new AssertionError();
            }
        }
    }

#### 深复制 ####

为什么要做到深复制呢？

如果做不到深复制，那么克隆对象在修改完某个引用属性后，被克隆对象的属性也是会被修改的。如下所示，浅复制对象内部的引用属性（`非不可变类`：这个后面会说），与被克隆对象内部对应的引用属性，他们指向的同一块堆内存区域。简单一点理解，打个不是特别恰当的比方：

*  浅复制：孙悟空复制出来的小弟，小弟受伤，孙悟空也会跟着受伤；所以这是`危险`⚠️的!!!
 *  深复制：孙悟空复制出来的小弟，小弟受伤，跟他没丁点关系  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAQW1vcy1DaGVu_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

public class Immortal implements Cloneable { 
    
        @Setter
        @Getter
        private Wukong wukong;
        @Setter
        @Getter
        private String name;
    
        @Override
        public Immortal clone() { 
            try { 
                Immortal i = (Immortal) super.clone();
                if (this.wukong != null) { 
                    i.setWukong(this.wukong.clone());
                }
                return i;
            } catch (CloneNotSupportedException e) { 
                throw new AssertionError();
            }
        }
    }

由于Wukong属于非不可变类，所以在Immortal复制成功之后，把被克隆对象内部的Wukong的引用也修改为对应的克隆对象。这里需要判空，不然会有空指针异常。

### 通过序列化复制 ###

如何利用序列化来完成对象的拷贝呢？在内存中通过字节流的拷贝是比较容易实现的。把被克隆对象写入到一个字节流中，再从字节流中将其读出来，这样就可以创建一个新的对象了，并且该新对象与被克隆对象之间并不存在引用共享的问题，真正实现对象的深拷贝。

@Data
    public class Person implements Serializable {
    
        private static final long serialVersionUID = 5947974524451149435L;
        private String name;
        private Integer age;
    
        public Person copy() {
            try {
                ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
                ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
                oos.writeObject(this);
                oos.flush();
                ByteArrayInputStream bin = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
                ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bin);
                bos.close();
                oos.close();
                return (Person) ois.readObject();
            } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return null;
        }
    }

### 不可变类 ###

参考 [Java不可变类][Java]

[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAQW1vcy1DaGVu_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220521/4a0d1cd77f404be0ac43e739db3f531a.png
[Java]: https://blog.csdn.net/fuzhongmin05/article/details/54880139