23种设计模式笔记第五篇原型模式

偏执的太偏执、 2023-09-29 12:04 19阅读 0赞

原型模式：用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型对象相同的新对象，就是以某个东西为原型，将它进行拷贝。（也就是复制粘贴的思想）

**目录**

原型模式的定义(Prototype Pattern)

原型模式的适用场景

浅拷贝和深拷贝

实现步骤（浅拷贝）

实现步骤（深拷贝）

原型模式的应用

原型模式的优缺点

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### 原型模式的定义**(Prototype Pattern)** ###

原型模式是一种对象创建型模式， 用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象 。

原型模式允许通过一个原型对象创建一个或多个同类型的其他对象，而无须知道任何创建的细节

**模式动机**

1、复制一个对象，从而克隆出多个与原型对象一模一样的对象——原型模式

2、有些对象的创建过程较为复杂，而且需要频繁创建

3、通过给出一个原型对象来指明所要创建的对象的类型，然后用复制这个原型对象的办法创建出更多同类型的对象

**与new的区别**：克隆有cloneable接口和clone()方法，new相当于创造了一个新的对象，会有原本的默认值，而克隆是直接拷贝了一个对象，完全一致。

### 原型模式的适用场景 ###

在以下情况下可以使用原型模式：

1、创建新对象成本较大，新对象可以通过复制已有对象来获得，如果是相似对象，则可以对其成员变量稍作修改（或者是对象比较复杂的情况）

2、系统要保存对象的状态，而对象的状态变化很小

3、需要避免使用分层次的工厂类来创建分层次的对象

### 浅拷贝和深拷贝 ###

浅拷贝：对当前对象进行克隆,并克隆该对象所包含的8种基本数据类型和String类型属性（拷贝一份该对象并重新分配内存，即产生了新的对象）；但如果被克隆的对象中包含除8中数据类型和String类型外的其他类型的属性,浅拷贝并不会克隆这些属性（即不会为这些属性分配内存，而是引用原来对象中的属性）。  
深拷贝：深拷贝是在浅拷贝的基础上，递归地克隆除8种基本数据类型和String类型外的属性（即为这些属性重新分配内存而非引用原来对象中的属性）

深拷贝简单的理解就是在浅拷贝的基础上，进一步对对象属性进行依次拷贝，对象里面的复杂属性也重新生成了新的引用。

浅拷贝中由于除8种数据类型和String类型外的其他类型的属性不会被克隆，因此当通过新对象对这些属性进行修改时，原对象的属性也会同时改变。而深拷贝则已经对这些属性重新分配内存，所以当通过新对象对这些属性进行修改时，原对象的属性不会改变。

如图：  
![4c101998b7654927a9701b52872f141f.png][]![05acb2dc7f034be2b662df4cf2f0c460.png][]

总结：

浅拷贝：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。

深拷贝：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。

**深拷贝实现方式：**

序列化和反序列化就可以实现（效率低一点）；改造clone()方法也可以实现（违背开闭原则）；

序列化：把对象转换为字节序列的过程称为对象的序列化。

反序列化：把字节序列恢复为对象的过程称为对象的反序列化。

### 实现步骤（浅拷贝） ###

**简单的两步：实现一个接口Cloneable，重写一个方法clone()**

这里以克隆视频为例

import java.util.Date;
    
    public class Video implements Cloneable {
    
    	private String name;
    	private Date createTime;
    	
    	//clone是本地方法（native）
    	@Override
    	protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    		return super.clone();
    	}
    	
    	public Video() {
    		
    	}
    
    	public Video(String name, Date createTime) {
    		this.name = name;
    		this.createTime = createTime;
    	}
    
    	public String getName() {
    		return name;
    	}
    
    	public void setName(String name) {
    		this.name = name;
    	}
    
    	public Date getCreateTime() {
    		return createTime;
    	}
    
    	public void setCreateTime(Date createTime) {
    		this.createTime = createTime;
    	}
    }

![584836ccbb73490aa1c7c4396a41bb65.png][]

这里的hash值不一样说明它们是两个对象，在内存中的存储位置不同，hash值的计算是通过对象在内存中的逻辑地址进行加工变换的。

date的一个复杂属性，如果改变其中一个的date，那么另外一个的date也会改变

import java.util.Date;
    
    //客户端克隆
    public class ClientCopy {
    
    	public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
    		//创建原型对象 v1
    		Date date = new Date();
    		Video v1 = new Video("宋浩讲高数",date);
    		System.out.println("v1="+v1.getName());
    		System.out.println("v1="+v1.getCreateTime());
    		System.out.println("v1=>hash="+v1.hashCode());
    		//v2克隆v1
    		Video v2 = (Video)v1.clone();
    		System.out.println("v2="+v2.getName());
    		System.out.println("v2="+v2.getCreateTime());
    		System.out.println("v2=>hash="+v2.hashCode());
    		//改变v1的name和date属性：
    		System.out.println("-------------------------------");
    		v1.setName("mouse");
    		date.setTime(2332322);
    		System.out.println("v1="+v1.getName());
    		System.out.println("v1="+v1.getCreateTime());
    		System.out.println("v1=>hash="+v1.hashCode());
    		System.out.println("v2="+v2.getName());
    		System.out.println("v2="+v2.getCreateTime());
    		System.out.println("v2=>hash="+v2.hashCode());
    	}
    }

### ![e1e47bd6ddc9422ba75aa6e4afa34004.png][] ###

可以看到，v2的name属性没有改变，但是date改变了。这就是浅拷贝

### 实现步骤（深拷贝） ###

这里以改造clone()方法为例:

@Override
    	protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    		Object obj = super.clone();
    		Video v = (Video)obj;
    		//将对象的属性也进行克隆(实现深克隆)
    		v.createTime = (Date)this.createTime.clone();
    		return obj;
    	}

### ![c86f3f1aa1614113980c2d5ad6e6df59.png][] ###

### 原型模式的应用 ###

Spring的bean的创建就应用了原型模式和单例模式

原型模式也会跟工厂模式打交道，之前工厂模式是new，现在可以使用拷贝

### 原型模式的优缺点 ###

优点：

1、简化对象的创建过程，通过复制一个已有实例可以提高新实例的创建效率

2、扩展性较好

3、简化创建结构，原型模式中产品的复制是通过封装在原型类中的克隆方法实现的，无须专门的工厂类来创建产品

4、可以使用深克隆的方式保存对象的状态，以便在需要的时候使用，可辅助实现撤销操作

缺点：

**1****、**需要为每一个类配备一个克隆方法，而且该克隆方法位于一个类的内部，当对已有的类进行改造时，需要修改源代码，违背了开闭原则

2、在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的嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支持深克隆，实现起来可能会比较麻烦

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