设计模式【5】-- 原型模式

开局一张图，剩下全靠写…

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前言

接触过 Spring 或者 Springboot 的同学或许都了解, Bean 默认是单例的，也就是全局共用同一个对象，不会因为请求不同，使用不同的对象，这里我们不会讨论单例，前面已经讨论过单例模式的好处以及各种实现，有兴趣可以了解一下：http://aphysia.cn/archives/designpattern1。除了单例以外，Spring还可以设置其他的作用域，也就是scope="prototype",这就是原型模式，每次来一个请求，都会新创建一个对象，这个对象就是按照原型实例创建的。

原型模式的定义

原型模式，也是创建型模式的一种，是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，简单来说，就是拷贝。一般适用于：

• 实例比较复杂，完全创建成本高，直接复制比较简单
• 构造函数比较复杂，创建可能产生很多不必要的对象

优点：

• 隐藏了创建实例的具体细节
• 创建对象效率比较高
• 如果一个对象大量相同的属性，只有少量需要特殊化的时候，可以直接用原型模式拷贝的对象，加以修改，就可以达到目的。

原型模式的实现方式

一般来说，原型模式就是用来复制对象的，那么复制对象必须有原型类，也就是Prototype,Prototype需要实现Cloneable接口，实现这个接口才能被拷贝，再重写clone()方法，还可以根据不同的类型来快速获取原型对象。

我们先定义一个原型类Fruit：

public abstract class Fruit implements Cloneable{
    
    
    String name;
    float price;

    public String getName() {
    
    
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
    
    
        this.name = name;
    }

    public float getPrice() {
    
    
        return price;
    }

    public void setPrice(float price) {
    
    
        this.price = price;
    }

    public Object clone() {
    
    
        Object clone = null;
        try {
    
    
            clone = super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
        return clone;
    }

    @Override
    public String toString() {
    
    
        return "Fruit{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", price=" + price +
                '}';
    }
}

以及拓展了Fruit类的实体类Apple,Pear,Watermelon:

public class Apple extends Fruit{
    
    
    public Apple(float price){
    
    
        name = "苹果";
        this.price = price;
    }
}

public class Pear extends Fruit{
    
    
    public Pear(float price){
    
    
        name = "雪梨";
        this.price = price;
    }
}

public class Watermelon extends Fruit{
    
    
    public Watermelon(float price){
    
    
        name = "西瓜";
        this.price = price;
    }
}

创建一个获取不同水果类的缓存类，每次取的时候，根据不同的类型，取出来，拷贝一次返回即可：

public class FruitCache {
    
    
    private static ConcurrentHashMap<String,Fruit> fruitMap =
            new ConcurrentHashMap<String,Fruit>();
    static {
    
    
        Apple apple = new Apple(10);
        fruitMap.put(apple.getName(),apple);

        Pear pear = new Pear(8);
        fruitMap.put(pear.getName(),pear);

        Watermelon watermelon = new Watermelon(5);
        fruitMap.put(watermelon.getName(),watermelon);
    }

    public static Fruit getFruit(String name){
    
    
        Fruit fruit = fruitMap.get(name);
        return (Fruit)fruit.clone();
    }
}

测试一下，分别获取不同的水果，以及对比两次获取同一种类型，可以发现，两次获取的同一种类型，不是同一个对象：

public class Test {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Fruit apple = FruitCache.getFruit("苹果");
        System.out.println(apple);

        Fruit pear = FruitCache.getFruit("雪梨");
        System.out.println(pear);

        Fruit watermelon = FruitCache.getFruit("西瓜");
        System.out.println(watermelon);

        Fruit apple1 = FruitCache.getFruit("苹果");
        System.out.println("是否为同一个对象" + apple.equals(apple1));
    }
}

结果如下：

Fruit{name='苹果', price=10.0}
Fruit{name='雪梨', price=8.0}
Fruit{name='西瓜', price=5.0}
false

再测试一下，我们看看里面的name属性是不是同一个对象：

public class Test {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Fruit apple = FruitCache.getFruit("苹果");
        System.out.println(apple);

        Fruit apple1 = FruitCache.getFruit("苹果");
        System.out.println(apple1);
        System.out.println("是否为同一个对象：" + apple.equals(apple1));
        System.out.println("是否为同一个字符串对象：" + apple.name.equals(apple1.name));
    }
}

结果如下，里面的字符串确实还是用的是同一个对象：

Fruit{name='苹果', price=10.0}
Fruit{name='苹果', price=10.0}
是否为同一个对象：false
是否为同一个字符串对象：true

这是为什么呢？因为上面使用的clone()是浅拷贝！！！不过有一点，字符串在Java里面是不可变的，如果发生修改，也不会修改原来的字符串，由于这个属性的存在，类似于深拷贝。如果属性是其他自定义对象，那就得注意了，浅拷贝不会真的拷贝该对象，只会拷贝一份引用。

这里不得不介绍一下浅拷贝与深拷贝的区别：

• 浅拷贝：没有真正的拷贝数据，只是拷贝了一个指向数据内存地址的指针
• 深拷贝：不仅新建了指针，还拷贝了一份数据内存

如果我们使用Fruit apple = apple1，这样只是拷贝了对象的引用，其实本质上还是同一个对象，上面的情况虽然对象是不同的，但是Apple属性的拷贝还属于同一个引用,地址还是一样的，它们共享了原来的属性对象name。

**那如何进行深拷贝呢？**一般有以下方案：

• 直接 new 对象，这个不用考虑了

• 序列化与反序列化：先序列化之后，再反序列化回来，就可以得到一个新的对象，注意必须实现Serializable接口。

• 自己重写对象的clone()方法

序列化实现深拷贝

序列化实现代码如下：

创建一个Student类和School类：

import java.io.Serializable;

public class Student implements Serializable {
    
    
    String name;

    School school;

    public Student(String name, School school) {
    
    
        this.name = name;
        this.school = school;
    }
}

import java.io.Serializable;

public class School implements Serializable {
    
    
    String name;

    public School(String name) {
    
    
        this.name = name;
    }
}

序列化拷贝的类：

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;

public class CloneUtil {
    
    
    public static <T extends Serializable> T clone(T obj) {
    
    
        T result = null;
        try {
    
    
            ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);
            objectOutputStream.writeObject(obj);
            objectOutputStream.close();

            ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray());
            ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(byteArrayInputStream);
            // 返回生成的新对象
            result = (T) objectInputStream.readObject();
            objectInputStream.close();
        } catch (Exception e) {
    
    
            e.printStackTrace();
        }
        return result;
    }
}

测试类：

public class Test {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        School school = new School("东方小学");
        Student student =new Student("小明",school);

        Student student1= CloneUtil.clone(student);
        System.out.println(student.equals(student1));
        System.out.println(student.school.equals(student1.school));
    }
}

上面的结果均是false，说明确实不是同一个对象，发生了深拷贝。

clone实现深拷贝

前面的Student和School都实现Cloneable接口，然后重写clone()方法：

public class Student implements Cloneable {
    
    
    String name;

    School school;

    public Student(String name, School school) {
    
    
        this.name = name;
        this.school = school;
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    
    
        Student student = (Student) super.clone();
        student.school = (School) school.clone();
        return student;
    }
}

public class School implements Cloneable {
    
    
    String name;

    public School(String name) {
    
    
        this.name = name;
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    
    
        return super.clone();
    }
}

测试类：

public class Test {
    
    
    public static void main(String[] args) throws Exception{
    
    
        School school = new School("东方小学");
        Student student =new Student("小明",school);

        Student student1= (Student) student.clone();
        System.out.println(student.equals(student1));
        System.out.println(student.school.equals(student1.school));
    }
}

测试结果一样，同样都是false，也是发生了深拷贝。

总结

原型模式适用于创建对象需要很多步骤或者资源的场景，而不同的对象之间，只有一部分属性是需要定制化的，其他都是相同的，一般来说，原型模式不会单独存在，会和其他的模式一起使用。值得注意的是，拷贝分为浅拷贝和深拷贝，浅拷贝如果发生数据修改，不同对象的数据都会被修改，因为他们共享了元数据。

【作者简介】：
秦怀，公众号【秦怀杂货店】作者，技术之路不在一时，山高水长，纵使缓慢，驰而不息。个人写作方向：Java源码解析，JDBC，Mybatis，Spring，redis，分布式，剑指Offer，LeetCode等，认真写好每一篇文章，不喜欢标题党，不喜欢花里胡哨，大多写系列文章，不能保证我写的都完全正确，但是我保证所写的均经过实践或者查找资料。遗漏或者错误之处，还望指正。

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