一起学设计模式 - 原型模式

摘要：原型模式是创建模式的一种，其作用是提高创建效率，减少计算机资源开销，与工厂模式类似的是，都屏蔽了对象实例化的过程概述原型模式是模式的一种，其特点就是通过克隆拷贝的方式来，节约创建成本和资源，被拷贝的对象模型就称之为原型。

原型模式（Prototype Pattern）是创建模式的一种，其作用是提高创建效率，减少计算机资源开销，与工厂模式类似的是，都屏蔽了对象实例化的过程...

原型模式是23GOF模式的一种，其特点就是通过克隆/拷贝的方式来，节约创建成本和资源，被拷贝的对象模型就称之为原型。

举例：在写PPT的时候，大多情况下模板风格都是一致的，只是其中部分描述内容发生变化，这个时候你会选择Ctrl+C/V还是新建一页PPT一边听《从头再来》一边调整图片和样式？

JAVA中对原型模式提供了良好的支持，我们只需要实现Cloneable接口即可，它的目的就是将对象标记为可被复制

优点

简化对象创建过程，通过拷贝的方式构建效率更高

可运行时指定动态创建的对象

缺点

需要实现 Cloneable接口，clone位于内部，不易扩展，容易违背开闭原则(程序扩展,不应该修改原有代码)

默认的 clone 只是浅克隆，深度克隆需要额外编码(比如：统一实现Cloneable接口，或者序列化方式，还有org.apache.commons:commons-lang3.SerializationUtils.java)

注意点

通过内存拷贝的方式构建出来的，会忽略构造函数限制

需要注意深拷贝和浅拷贝，默认Cloneable 是浅拷贝，只拷贝当前对象而不会拷贝引用对象，除非自己实现深拷贝

与单例模式冲突，clone是直接通过内存拷贝的方式，绕过构造方法

常用克隆不可变对象,如果你克隆的对象10个字段改9个还不如实例化算了

clone只是一个语法，非强制方法命名

很少多带带出现，常与工厂模式相伴

适用场景

常用在初始化步骤繁琐，资源耗损严重的对象

案例一：浅拷贝

class Address {
    private String description;
    // 省略 Getter And Setter 
}
public class Customer implements Cloneable {

    private int id;
    private String name;
    private Address address;
    private List hobbies;

    // 省略 Getter And Setter 

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

    @Override
    public String toString() {
        return "Customer{" +
                "id=" + id +
                ", name="" + name + """ +
                ", address=" + address +
                ", hobbies=" + hobbies +
                ",  customer-hashCode=" + this.hashCode() +
                ",  address-hashCode=" + this.address.hashCode() +
                "}";
    }
}

public class PrototypeDemo {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        List hobbies = new ArrayList<>();
        hobbies.add("篮球");
        hobbies.add("足球");
        Customer original = new Customer(1, "淘宝客户-1", new Address("上海市"), hobbies);
        Customer cloned = original.clone();
        System.out.println("////////////////////////////////////////////////// 修改前原始信息信息 - 开始 //////////////////////////////////////////////////");
        System.out.println("原始信息：" + original.toString());
        System.out.println("拷贝信息：" + cloned.toString());
        System.out.println("////////////////////////////////////////////////// 修改前原始信息信息 - 结束 //////////////////////////////////////////////////

");
    }
}

分析： 从日志中可以发现，我们无需通过new Object()的方式去实例化对象，而是调用Object.clone()同样可以，Customer的hashCode也发生了改变，由此可以推断出它们的引用已经发生变化了，但是Address的hashCode一模一样，前面说到过Cloneable是浅克隆的，并不会拷贝其它引用对象

////////////////////////////////////////////////// 修改前原始信息信息 - 开始 //////////////////////////////////////////////////
原始信息：Customer{id=1, name="淘宝客户-1", address=Address{description="上海市"}, hobbies=[篮球, 足球],  customer-hashCode=460141958,  address-hashCode=1163157884}
拷贝信息：Customer{id=1, name="淘宝客户-1", address=Address{description="上海市"}, hobbies=[篮球, 足球],  customer-hashCode=1956725890,  address-hashCode=1163157884}
////////////////////////////////////////////////// 修改前原始信息信息 - 结束 //////////////////////////////////////////////////

案例二：浅拷贝

public class PrototypeDemo {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        List hobbies = new ArrayList<>();
        hobbies.add("篮球");
        hobbies.add("足球");
        Customer original = new Customer(1, "淘宝客户-1", new Address("上海市"), hobbies);
        Customer cloned = original.clone();

        System.out.println("////////////////////////////////////////////////// 修改后原始信息信息 - 开始 //////////////////////////////////////////////////");
        original.setName("淘宝客户-2");
        original.getHobbies().add("音乐");
        System.out.println("原始信息：" + original.toString());
        System.out.println("拷贝信息：" + cloned.toString());
        System.out.println("////////////////////////////////////////////////// 修改后原始信息信息 - 结束 //////////////////////////////////////////////////

");
    }
}

分析： Customer本身的属性值修改与原始对象并不冲突，它们都是各自一份，但集合类型修改后，克隆对象输出的与原始对象如出一辙，不难发现Cloneable的浅克隆范围只支持基本类型

////////////////////////////////////////////////// 修改后原始信息信息 - 开始 //////////////////////////////////////////////////
原始信息：Customer{id=1, name="淘宝客户-2", address=Address{description="上海市"}, hobbies=[篮球, 足球, 音乐],  customer-hashCode=460141958,  address-hashCode=1163157884}
拷贝信息：Customer{id=1, name="淘宝客户-1", address=Address{description="上海市"}, hobbies=[篮球, 足球, 音乐],  customer-hashCode=1956725890,  address-hashCode=1163157884}
////////////////////////////////////////////////// 修改后原始信息信息 - 结束 //////////////////////////////////////////////////

案例三：深浅拷贝命名？

class Address implements Cloneable {
    // Address 也实现 Cloneable
}

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


public class Customer implements Cloneable {

    // 重复代码省略...

    protected Customer shallow() throws CloneNotSupportedException {
        return (Customer) super.clone();
    }

    protected Customer deep() throws CloneNotSupportedException {
        Customer clone = (Customer) super.clone();
        clone.setAddress(clone.getAddress().clone());
        return clone;
    }
}

public class PrototypeDemo {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

        System.out.println("////////////////////////////////////////////////// 半深浅克隆 - 开始 //////////////////////////////////////////////////");
        original.setAddress(new Address("北京市"));
        Customer shallow = original.shallow();
        System.out.println("浅克隆：" + shallow.toString());

        Customer deep = original.deep();
        original.setAddress(new Address("天津市"));
        original.getHobbies().add("电影");
        System.out.println("深克隆：" + deep.toString());
        System.out.println("////////////////////////////////////////////////// 半深浅克隆 - 结束 //////////////////////////////////////////////////

");
    }
}

分析： 我们定义了两个非clone的方法名，同样可以做到克隆特性，此时从deep()中可以看到修改原始的Address并没有影响到现有的克隆对象，这是因为内部通过硬编码的方式控制的，虽然引用的Address对象发生改变，但是List还是同一个引用，依旧做不到完全的深度克隆

////////////////////////////////////////////////// 半深浅克隆 - 开始 //////////////////////////////////////////////////
浅克隆：Customer{id=1, name="淘宝客户-2", address=Address{description="北京市"}, hobbies=[篮球, 足球, 音乐],  customer-hashCode=356573597,  address-hashCode=1735600054}
深克隆：Customer{id=1, name="淘宝客户-2", address=Address{description="北京市"}, hobbies=[篮球, 足球, 音乐, 电影],  customer-hashCode=21685669,  address-hashCode=2133927002}
////////////////////////////////////////////////// 半深浅克隆 - 结束 //////////////////////////////////////////////////

案例四：序列化实现深度克隆

class Address implements Cloneable,Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 783202091017893997L;

}
public class Customer implements Cloneable, Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 783202091017893997L;

    protected Customer deepCopy() throws Exception {
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(bos);
        out.writeObject(this);
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(bis);
        return (Customer) in.readObject();
    }
}

public class PrototypeDemo {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

        System.out.println("////////////////////////////////////////////////// 深浅克隆 - 开始 //////////////////////////////////////////////////");
        Customer deepCopy = original.deepCopy();
        original.setAddress(new Address("长沙市"));
        original.getHobbies().add("乒乓球");
        System.out.println("深克隆：" + deepCopy.toString());

        System.out.println("////////////////////////////////////////////////// 深浅克隆 - 结束 //////////////////////////////////////////////////

");
    }
}

分析： 实现Serializable，通过序列化的方式与原始数据完全脱离关系，从而达到深度克隆效果，当然一般用SerializationUtils.clone(original)方式比我们自己写的会更好

    org.apache.commons
    commons-lang3
    3.4

////////////////////////////////////////////////// 深浅克隆 - 开始 //////////////////////////////////////////////////
深克隆：Customer{id=1, name="淘宝客户-2", address=Address{description="天津市"}, hobbies=[篮球, 足球, 音乐, 电影],  customer-hashCode=1020371697,  address-hashCode=789451787}
////////////////////////////////////////////////// 深浅克隆 - 结束 //////////////////////////////////////////////////

案例五：如何配合工厂模式使用？

这个简单问题就留给读者思考吧，欢迎探讨交流，三人行必有我师!!!

本章介绍了什么是原型模式以及使用它的优缺点，其模式在开发过程中几乎用不上（反正我没用到过，欢迎探讨），但这并不能说明它是无用，存在即合理，设计模式不仅用作与JAVA软件编程，更多情况下模式的作用是在某种程度下避免复杂的设计

全文代码：https://gitee.com/battcn/design-pattern/tree/master/Chapter3/battcn-prototype

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