【原型模式】

原型模式 Prototype Pattern

• 属于创建型模式
• 是指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，调用者不需要知道任何创建细节，不调用构造函数
• 关键点：不通过 new 关键字，而是通过方法去创建对象

原型模式的使用场景

• 类初始化消耗资源较多
• new 产生的一个对象需要非常繁琐的过程（数据准备、访问权限等）
• 构造函数比较复杂
• 循环体中生产大量对象

通过硬编码复制对象

编写比较麻烦

@Data
public class User {
    
    private Long id;
    private String name;
    private String pwd;
    private String addr;
    private String mobile;
    private int age;
    // ... 属性非常多 ...
    
    /**
     * 硬编码复制
     */
    public User copy() {
        User user = new User();
        user.setId(this.getId());
        user.setName(this.getName());
        user.setPwd(this.getPwd());
        user.setAddr(this.getAddr());
        user.setMobile(this.getMobile());
        user.setAge(this.getAge());
        // ...这里还有很多属性set...
        return user;
    }
    
}

通过反射复制对象

本质也是 set、get

public static Object copy(Object prototype) {
    Class<?> clazz = prototype.getClass();
    Object returnValue;
    try {
        returnValue = clazz.newInstance();
        // 获取所有属性, 并设置可访问
        for (Field field : clazz.getDeclaredFields()) {
            field.setAccessible(true);
            field.set(returnValue, field.get(prototype));
        }
    } catch (Exception e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
    return returnValue;
}

浅拷贝复制对象

浅拷贝的特点

• 对于基本类型是按值复制，不会因为原对象的基本类型值的改变而影响到拷贝后的对象
• 对于引用类型，prototype 和 clone 对象引用同一个引用类型对象（复制引用对象的内存地址）

浅拷贝存在的问题

• 修改 clone[prototype] 引用的对象后，会影响到 prototype[clone]

@Data
public class ConcretePrototype implements Cloneable {
    
    private String name;
    private int age;
    private List<String> hobbies;
    
    /**
     * 实现 Cloneable 接口, 底层使用字节码进行克隆
     */
    @Override
    public ConcretePrototype clone() {
        try {
            // TODO: copy mutable state here, so the clone can't change the internals of the original
            return (ConcretePrototype) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new AssertionError();
        }
    }
}

测试及结果
修改 prototype 的 hobbies 后，clone 的 hobbies 也被修改了

public static void main(String[] args) {
    ShallowConcretePrototype prototype = new ShallowConcretePrototype();
    prototype.setAge(20);
    prototype.setName("yes");
    ArrayList<String> hobbies = new ArrayList<>();
    hobbies.add("书法");
    hobbies.add("象棋");
    prototype.setHobbies(hobbies);
    ShallowConcretePrototype clone = prototype.clone();
    
    System.out.println("prototype == clone : " + (prototype == clone));
    
    prototype.setAge(25);
    System.out.println("==== 修改基本类型 age ====");
    System.out.println(prototype);
    System.out.println(clone);
    
    prototype.hobbies.add("游戏");
    
    System.out.println("prototype.hobbies == clone.hobbies : " + (prototype.hobbies == clone.hobbies));
    System.out.println("==== 修改引用类型 hobbies ====");
    
    System.out.println(prototype.hobbies);
    System.out.println(clone.hobbies);
    
    System.out.println("prototype.hobbies == clone.hobbies : " + (prototype.hobbies == clone.hobbies));
}

流实现深拷贝复制对象

@Data
public class DeepConcretePrototype implements Serializable
, Cloneable {
    
    private String name;
    private int age;
    private List<String> hobbies;
    
    @Override
    public DeepConcretePrototype clone(){
        try {
            ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
            oos.writeObject(this);
            ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
            return (DeepConcretePrototype)ois.readObject();
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

测试及结果

public static void main(String[] args) {
    DeepConcretePrototype prototype = new DeepConcretePrototype();
    prototype.setAge(20);
    prototype.setName("yes");
    ArrayList<String> hobbies = new ArrayList<>();
    hobbies.add("书法");
    hobbies.add("象棋");
    prototype.setHobbies(hobbies);
    DeepConcretePrototype clone = prototype.clone();
    
    System.out.println("prototype == clone : " + (prototype == clone));
    
    prototype.setAge(25);
    System.out.println("==== 修改基本类型 age ====");
    System.out.println(prototype);
    System.out.println(clone);
    
    prototype.hobbies.add("游戏");
    
    System.out.println("prototype.hobbies == clone.hobbies : " + (prototype.hobbies == clone.hobbies));
    System.out.println("==== 修改引用类型 hobbies ====");
    
    System.out.println(prototype.hobbies);
    System.out.println(clone.hobbies);
    
    System.out.println("prototype.hobbies == clone.hobbies : " + (prototype.hobbies == clone.hobbies));
}

json 字符串实现深拷贝复制对象

todo

防止单例被原型模式破坏

1、单例类不实现 cloneable 接口
2、实现 cloneable，但是 clone 方法直接返回单例对象

原型模式在源码中的应用

ArrayList
HashMap

总结

优点：

• 性能优良，Java 自带的原型模式是基于二进制流的拷贝，比直接 new 一个对象性能上提升了许多
• 可以使用深克隆方式保存对象的状态，使用原型模式将对象复制一份并将其状态保存起来，简化了创建过程

缺点：

• 必须匹配克隆方法
• 当对已有类进行改造的时候，需要修改代码，违反了开闭原则
• 深拷贝、浅拷贝需要运用得当

via

https://www.bilibili.com/video/BV1nZ4y1i7tn?p=6