摘要

主要介绍原型设计模式的原理，原型设计模式就是java中深拷贝和浅拷贝思想的原理。

一、新对象创建问题

现在有一只羊，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。

package com.zhuangxiaoyan.designpattern.clonemodel;/*** @Classname CloneModel* @Description1）优点是比较好理解，简单易操作2）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3）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* @Date 2022/3/27 9:16* @Created by xjl*/
public class CloneModel {public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 10; i++) {Sheep sheep = new Sheep("Tom", 1,"白色");System.out.println(sheep);}}
}/*** @description 原型类* @param: null* @date: 2022/3/27 9:17* @return:* @author: xjl
*/
class Sheep {private String name;private Integer age;private String color;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public Integer getAge() {return age;}public void setAge(Integer age) {this.age = age;}public String getColor() {return color;}public void setColor(String color) {this.color = color;}public Sheep(String name, Integer age, String color) {this.name = name;this.age = age;this.color = color;}
}

传统方法优缺点

1）优点是比较好理解，简单易操作
2）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
3）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

改进的思路分析

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。

二、原型模式（Prototype 模式）

1）原型模式（Prototype 模式）是指：用原型实例指定创建对象种类，并通过拷贝原型创建新的对象。
2）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。
3）工作原理是：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()。
4）形象的理解：孙大圣拔出猴毛，变出其它孙大圣

原理结构图说明

1）Prototype：原型类，声明一个克隆自己的接口
2）ConcretePrototype：具体的原型类，实现一个克隆自己的操作
3）Client：让一个原型对象克隆自己，创建一个新的对象（属性相同）

使用原型模式改进传统方式式，让程序具有更高的效率和扩展性

三、JDK 源码分析

Spring 框架中，创建ApplicationContext时，使用的getBean方法中使用到了原型模式

四、浅拷贝和深拷贝原理

4.1 浅拷贝基本介绍

1）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
2）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
3）前面我们克隆羊就是浅拷贝
4）浅拷贝是使用默认的 clone 方法来实现：sheep=(Sheep)super.clone();

4.2 深拷贝基本介绍

1）复制对象的所有基本数据类型的成员变量值
2）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进行拷贝
3）深拷贝实现方式 1：重写 clone 方法来实现深拷贝
4）深拷贝实现方式 2：通过对象序列化实现深拷贝

package com.zhuangxiaoyan.designpattern.clonemodel;import org.junit.Test;
import java.io.*;class DeepClonableTarget implements Serializable, Cloneable {private String cloneName;private String cloneClass;public DeepClonableTarget(String cloneName, String cloneClass) {this.cloneName = cloneName;this.cloneClass = cloneClass;}public String getCloneName() {return cloneName;}public void setCloneName(String cloneName) {this.cloneName = cloneName;}public String getCloneClass() {return cloneClass;}public void setCloneClass(String cloneClass) {this.cloneClass = cloneClass;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}
}/*** @description 重写 clone 方法来实现深拷贝* @param: null* @date: 2022/3/27 9:48* @return:* @author: xjl
*/
class DeepPrototype implements Serializable, Cloneable {private String name;private DeepClonableTarget deepClonableTarget;public DeepPrototype() {}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public DeepClonableTarget getDeepClonableTarget() {return deepClonableTarget;}public void setDeepClonableTarget(DeepClonableTarget deepClonableTarget) {this.deepClonableTarget = deepClonableTarget;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {//基本数据类型拷贝Object object = super.clone();//引用类型拷贝DeepPrototype deepPrototype = (DeepPrototype) object;deepPrototype.deepClonableTarget = (DeepClonableTarget) deepClonableTarget.clone();return object;}
}/*** @description 深拷贝方式 通过对象序列化实现深拷贝* @param: null* @date: 2022/3/27 9:41* @return:* @author: xjl*/
class DeepPrototypeV2 implements Serializable, Cloneable {private String name;private DeepClonableTarget deepClonableTarget;public DeepPrototypeV2() {}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public DeepClonableTarget getDeepClonableTarget() {return deepClonableTarget;}public void setDeepClonableTarget(DeepClonableTarget deepClonableTarget) {this.deepClonableTarget = deepClonableTarget;}/*** @description 通过对象序列化实现深拷贝* @param:* @date: 2022/3/27 9:55* @return: com.zhuangxiaoyan.designpattern.clonemodel.DeepPrototype* @author: xjl*/public DeepPrototypeV2 deepClone() {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);// 反序列化bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());ois = new ObjectInputStream(bis);return (DeepPrototypeV2) ois.readObject();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();return null;} finally {try {if (ois != null) {ois.close();}if (bis != null) {bis.close();}if (oos != null) {oos.close();}if (bos != null) {bos.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}
}/*** @Classname DeepTestDemo* @Description* @Date 2022/3/27 9:38* @Created by xjl*/
public class DeepTestDemo {@Testpublic void testv1() throws CloneNotSupportedException {DeepPrototype prototype = new DeepPrototype();prototype.setName("庄小焱");prototype.setDeepClonableTarget(new DeepClonableTarget("及时雨", "及时雨的类"));DeepPrototype clone1 = (DeepPrototype) prototype.clone();DeepPrototype clone2 = (DeepPrototype) prototype.clone();DeepPrototype clone3 = (DeepPrototype) prototype.clone();DeepPrototype clone4 = (DeepPrototype) prototype.clone();DeepPrototype clone5 = (DeepPrototype) prototype.clone();System.out.println(prototype.getName() + ", " + prototype.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 庄小焱, 1554874502System.out.println(clone1.getName() + ", " + clone1.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 庄小焱, 1846274136System.out.println(clone2.getName() + ", " + clone2.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 庄小焱, 1639705018System.out.println(clone3.getName() + ", " + clone3.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 庄小焱, 1627674070System.out.println(clone4.getName() + ", " + clone4.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 庄小焱, 1360875712System.out.println(clone5.getName() + ", " + clone5.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 庄小焱, 1625635731}@Testpublic void testv2() throws CloneNotSupportedException {DeepPrototypeV2 prototypev2 = new DeepPrototypeV2();prototypev2.setName("庄小焱");prototypev2.setDeepClonableTarget(new DeepClonableTarget("zhuangxiaoyan", "yatou"));DeepPrototypeV2 clone1 = prototypev2.deepClone();DeepPrototypeV2 clone2 = prototypev2.deepClone();DeepPrototypeV2 clone3 = prototypev2.deepClone();DeepPrototypeV2 clone4 = prototypev2.deepClone();DeepPrototypeV2 clone5 = prototypev2.deepClone();System.out.println(prototypev2.getName() + ", " + prototypev2.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 庄小焱,644117698System.out.println(clone1.getName() + ", " + clone1.getDeepClonableTarget().hashCode());           // 庄小焱, 317574433System.out.println(clone2.getName() + ", " + clone2.getDeepClonableTarget().hashCode());           // 庄小焱, 885284298System.out.println(clone3.getName() + ", " + clone3.getDeepClonableTarget().hashCode());           // 庄小焱, 1389133897System.out.println(clone4.getName() + ", " + clone4.getDeepClonableTarget().hashCode());           // 庄小焱, 1534030866System.out.println(clone5.getName() + ", " + clone5.getDeepClonableTarget().hashCode());           // 庄小焱, 664223387}
}

方式 1 和方式 2 对比

在对象引用类型的成员属性较少时，方式 1 简单；在对象引用类型的成员属性较多时，方式 2 简单
在对象引用类型的成员属性经常发生变化时，方式 1 需要同步修改，方式 2 不用修改
推荐使用方式 2：耦合性低、可维护性强、扩展性高

注意事项和细节

1）优点：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
2）优点：不用重新初始化对象，而是动态地获得对象运行时的状态
3）优点：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
4）缺点：在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码
5）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，这点请同学们注意。

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