原型模式

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

    public static void main(String[] args) {
        // 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);
        //...
    }

传统的方式的优缺点

• 优点是比铰好理解，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

基本介绍

• 原型模式（Prototype模式）是指：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过持贝这些原型，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()
• 形象的理解：孙大圣拔出猴毛，变出其它孙大圣

原型模式解决克隆羊问题的应用实例

使用原型模式改进传统方式，上程序具有更高的效率和扩展性。

@Data
public class Sheep implements Cloneable {

    private String name;
    private Integer age;
    private String color;
    private String address = "蒙古羊";
    public Sheep friend; // 引用类型是对象, 克隆时会如何处理？（默认浅拷贝）

    /**
     * 克隆该实例，使用默认的clone方法来完成（浅拷贝）
     */
    @Override
    protected Object clone() {
        Sheep sheep = null;
        try {
            sheep = (Sheep) super.clone();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        return sheep;
    }
}

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("【原型模式】完成对象的创建");

        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

        // 输出的 hashCode 是一样的，说明是同一个对象，因为是浅拷贝。其中一个对象改变了，其他对象都会变
        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());
    }

原型模式在 Spring 框架中源码分析

Spring 中原型 bean 的创建，就是原型模式的应用

beans.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">

    <!-- 这里我们的 scope="prototype" 即 原型模式来创建 -->
    <bean id="id01" class="com.chenmeng.project.spring.protoType.Monster"
          scope="prototype"/>

</beans>

    public static void main(String[] args) {
        // 通过配置文件,获取核心容器对象
        ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("beans.xml");
        // 获取monster[通过id获取monster], Spring中原型bean的创建，就是原型模式的应用
        Object bean = applicationContext.getBean("id01");
        System.out.println("bean" + bean); // 输出 "牛魔王" .....

        Object bean2 = applicationContext.getBean("id01");

        System.out.println("bean2" + bean2); // 输出 "牛魔王" .....

        System.out.println(bean == bean2); // false

        // ConfigurableApplicationContext
    }

浅拷贝和深拷贝

浅拷贝的基本介绍

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。
3. 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
4. 前面说的克隆羊就是浅拷贝
5. 浅拷贝是使用默认的 clone() 方法来实现：sheep = (Sheep)super.clone;

深拷贝的基本介绍

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，直到所有可达的对象都被复制。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
   • 对于 String 类型，虽然它是一个引用类型，但由于其不可变性，在深拷贝时不需要特别处理，只需复制其引用即可。
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（推荐）

深拷贝代码示例

1、DeepCloneableTarget

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;
	}

	// 因为该类的属性，都是String , 因此我们这里使用默认的clone完成即可
	@Override
	protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
		return super.clone();
	}
}

2、DeepProtoType

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 重写 clone 方法
     */
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Object deep;
        // 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);

            return (DeepProtoType) ois.readObject();

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        } finally {
            // 关闭流
            try {
                bos.close();
                oos.close();
                bis.close();
                ois.close();
            } catch (Exception e2) {
                System.out.println(e2.getMessage());
            }
        }

    }
}

3、Client

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（通过重写克隆方法实现）
        DeepProtoType p1 = (DeepProtoType) p.clone();

        System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println("p1.name=" + p1.name + "p1.deepCloneableTarget=" + p1.deepCloneableTarget.hashCode());

        // 方式2 完成深拷贝（通过对象序列化实现）
        DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.deepClone();

        System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println("p2.name=" + p2.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());

    }

}

注意事项和细节

1. 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. 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. 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. 在实现深拷贝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