设计模式之原型模式（深拷贝和浅拷贝）

桃扇骨 2022-12-29 04:34 132阅读 0赞

**讲原型模式前先来看下克隆羊问题：**

现在有一只羊 tom，姓名为: tom, 年龄为：1，颜色为：白色，请编写程序创建和 tom 羊 属性完全相同的 10只羊。

**传统方式解决该问题：**

思路：  
![在这里插入图片描述][20201219205027850.png]

package com.atguigu.prototype;
    
    public class Client { 
    
    	public static void main(String[] args) { 
    		// TODO Auto-generated method stub
    		//传统的方法
    		Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
    		
    		Sheep sheep2 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor()); 
    		Sheep sheep3 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor()); 
    		Sheep sheep4 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor()); 
    		Sheep sheep5 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
    		//....
    		
    		System.out.println(sheep); 
    		System.out.println(sheep2); 
    		System.out.println(sheep3); 
    		System.out.println(sheep4); 
    		System.out.println(sheep5);
    		//...
    	}
    
    }

**传统方法优缺点：**

*  优点是比较好理解，简单易操作。
 *  在创建新的对象时，总是需要重新获取原始对象的属性，如果创建的对象比较复杂时，效率较低
 *  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

**改进思路：** Java 中 Object 类是所有类的根类，Object 类提供了一个 clone()方法，该方法可以将一个 Java 对象复制一份，但是需要实现 clone 的 Java 类必须要实现一个接口 Cloneable，该接口表示该类能够复制且具有复制的能力 => 原型模式

## 原型模式 ##

**基本介绍**

*  原型模式（Prototype 模式）：指用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。
 *  原型模式是一种创建型设计模式，允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，无需知道如何创建的细节。
 *  工作原理：通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象，这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝它们自己来实施创建，即 对象.clone()。
 *  形象的理解：孙大圣拔出猴毛， 变出其它孙大圣。

**结构图**

![在这里插入图片描述][20201220163940502.png]

*  Prototype：原型类，声明一个克隆自己的接口
 *  ConcretePrototype：具体的原型类, 实现一个克隆自己的操作
 *  Client：让一个原型对象克隆自己，从而创建一个新的对象（属性一样）

package prototype;
    
    public class Sheep implements Cloneable { 
    
        private String name;
        private int age;
        private String color;
        private String address = "蒙古羊";
        public Sheep friend; //是对象, 克隆是会如何处理, 默认是浅拷贝
        public Sheep(String name, int age, String color) { 
            super();
            this.name = name;
            this.age = age;
            this.color = color;
        }
        public String getName() { 
            return name;
        }
        public void setName(String name) { 
            this.name = name;
        }
        public int getAge() { 
            return age;
        }
        public void setAge(int age) { 
            this.age = age;
        }
        public String getColor() { 
            return color;
        }
        public void setColor(String color) { 
            this.color = color;
        }
    
        @Override
        public String toString() { 
            return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + ", address=" + address + "]";
        }
    
        //克隆该实例，使用默认的 clone 方法来完成
        @Override
        protected Object clone() { 
    
            Sheep sheep = null;
            try { 
                sheep = (Sheep)super.clone();
            }
            catch (Exception e) { 
                // TODO: handle exception
                // System.out.println(e.getMessage());
            }
    
            // TODO Auto-generated method stub
            return sheep;
        }
    
    }

package prototype;
    
    public class Client { 
    
        public static void main(String[] args) { 
    
            System.out.println("原型模式完成对象的创建");
            // TODO Auto-generated method stub
            Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
    
            sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");
    
            Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
            Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
            Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
            Sheep sheep5 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
    
            System.out.println("sheep2 =" + sheep2 + "sheep2.friend=" + sheep2.friend.hashCode());
            System.out.println("sheep3 =" + sheep3 + "sheep3.friend=" + sheep3.friend.hashCode());
            System.out.println("sheep4 =" + sheep4 + "sheep4.friend=" + sheep4.friend.hashCode());
            System.out.println("sheep5 =" + sheep5 + "sheep5.friend=" + sheep5.friend.hashCode());
        }
    
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDY2ODg5OA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

### 原型模式在 Spring 框架中源码分析 ###

1、Spring 中原型 bean 的创建，就是原型模式的应用

2、代码分析+Debug 源码

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDY2ODg5OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## 浅拷贝和深拷贝 ##

### 浅拷贝 ###

*  对于数据类型是基本数据类型的成员变量，浅拷贝会直接进行值传递，也就是将该属性值复制一份给新的对象。
 *  对于数据类型是引用数据类型的成员变量，比如说成员变量是某个数组、某个类的对象等，那么浅拷贝会进行引用传递，也就是只是将该成员变量的引用值（内存地址）复制一份给新的对象。因为实际上两个对象的该成员变量都指向同一个实例。在这种情况下，在一个对象中修改该成员变量会影响到另一个对象的该成员变量值
 *  前面我们克隆羊就是浅拷贝
 *  浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现 sheep = (Sheep) super.clone();

### 深拷贝 ###

*  复制对象的所有基本数据类型的成员变量值
 *  为所有引用数据类型的成员变量申请存储空间，并复制每个引用数据类型成员变量所引用的对象，直到该对象可达的所有对象。也就是说，对象进行深拷贝要对整个对象(包括对象的引用类型)进行拷贝
 *  深拷贝实现方式 1：重写 clone 方法来实现深拷贝
 *  深拷贝实现方式 2：通过对象序列化实现深拷贝(推荐)

**深拷贝实例**

package prototype.deepclone;
    
    import java.io.Serializable;
    
    public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable { 
    
        private static final long serialVersionUID = 1L;
    
        private String cloneName;
    
        private String cloneClass;
    
        //构造器
        public DeepCloneableTarget(String cloneName, String cloneClass) { 
            this.cloneName = cloneName;
            this.cloneClass = cloneClass;
        }
    
        @Override
        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 
            return super.clone();
        }
    }

package prototype.deepclone;
    
    import java.io.*;
    
    public class DeepProtoType implements Serializable,Cloneable { 
    
        public String name; //String 属 性
        public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用类型
    
        public DeepProtoType() { 
            super();
        }
    
        //深拷贝 - 方式 1 使用 clone 方法
        @Override
        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 
    
            Object deep = null;
            //这里完成对基本数据类型(属性)和 String 的克隆
            deep = super.clone();
            //对引用类型的属性，进行单独处理
            DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType) deep;
            deepProtoType.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget) deepCloneableTarget.clone();
    
            return deepProtoType;
    
        }
    
        //深拷贝 - 方式 2 通过对象的序列化实现 (推荐)
        public Object deepClone() { 
            //创建流对象
            ByteArrayOutputStream bos = null;
            ObjectOutputStream oos = null;
            ByteArrayInputStream bis = null;
            ObjectInputStream ois = null;
    
            try { 
    
                //序列化
                bos = new ByteArrayOutputStream();
                oos = new ObjectOutputStream(bos);
                oos.writeObject(this); //当前这个对象以对象流的方式输出
    
                //反序列化
                bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
                ois = new ObjectInputStream(bis);
                DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType) ois.readObject();
    
                return copyObj;
            }
    
            catch (Exception e) { 
                return null;
            }
            finally { 
                //关闭流
                try { 
                    bos.close();
                    oos.close();
                    bis.close();
                    ois.close();
                }
                catch (Exception e2) { 
                    System.out.println(e2.getMessage());
                }
            }
    
        }
    }

package prototype.deepclone;
    
    public class Client { 
    
        public static void main(String[] args)  throws Exception { 
            DeepProtoType p = new DeepProtoType(); p.name = "宋江";
            p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛");
    
            //方式 1 完成深拷贝
            DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.clone();
    
            System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
            System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
    
            //方式 2 完成深拷贝
            DeepProtoType p3 = (DeepProtoType) p.deepClone();
    
            System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
            System.out.println("p.name=" + p.name + "p3.deepCloneableTarget=" + p3.deepCloneableTarget.hashCode());
    
        }
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDY2ODg5OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

**原型模式的注意事项和细节**

*  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

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