《23种设计模式（Java版）》| 原型模式（内附源码案例）。-CFANZ编程社区

2021 年 12 月 26日
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⭐目录

一、概述
二、原理结构图
三、面试重点：请你聊聊深拷贝与浅拷贝？

浅拷贝
深拷贝
实现深拷贝的两种方式

四、在JDK框架中源码分析
五、总结Tips

《23种设计模式（Java版）》| 原型模式（内附源码案例）。_经验分享

一、概述

原型模式是一种创建型设计模式，Prototype模式允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，根本无需知道任何如何创建的细节,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——来源于百度百科。

通俗理解：

原型模式(Prototype模式)是指：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型，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()。

二、原理结构图

《23种设计模式（Java版）》| 原型模式（内附源码案例）。_java_02

Prototype : 原型类，声明一个克隆自己的接口。
ConcretePrototype: 具体的原型类, 实现一个克隆自己的操作。
Client: 让一个原型对象克隆自己，从而创建一个新的对象(属性一样。

案例需求：

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5只羊.

案例代码：

public class Sheep implements Cloneable {
  private String name;
  private int age;
  private String color;
  private String address = "蒙古羊";
  //克隆羊对象
  public Sheep friend; 
  public Sheep(String name, int age, String color) {
    super();
    this.name = name;
    this.age = age;
    this.color = color;
  }
  public String getName() {
    return name;
  }
  public void setName(String name) {
    this.name = name;
  }
  public int getAge() {
    return age;
  }
  public void setAge(int age) {
    this.age = age;
  }
  public String getColor() {
    return color;
  }
  public void setColor(String color) {
    this.color = color;
  }
  
  @Override
  public String toString() {
    return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + ", address=" + address + "]";
  }
  //克隆该实例，使用默认的clone方法来完成
  @Override
  protected Object clone()  {
    
    Sheep sheep = null;
    try {
      sheep = (Sheep)super.clone();
    } catch (Exception e) {
      // TODO: handle exception
      System.out.println(e.getMessage());
    }
    // TODO Auto-generated method stub
    return sheep;
  }
}

public class Client {

  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("原型模式完成对象的创建");
    // TODO Auto-generated method stub
    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
    
    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());
  }

}

结果展示：

原型模式完成对象的创建
sheep2 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古羊]sheep2.friend=284720968
sheep3 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古羊]sheep3.friend=284720968
sheep4 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古羊]sheep4.friend=284720968
sheep5 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古羊]sheep5.friend=284720968

三、面试重点：请你聊聊深拷贝与浅拷贝？

浅拷贝

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。

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。
前面克隆羊案例就是浅拷贝。
浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现sheep = (Sheep) super.clone();。

深拷贝

复制对象的所有基本数据类型的成员变量值。

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。

实现深拷贝的两种方式

方式一：重写clone方法

案例代码：

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 使用clone 方法
  @Override
  protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    
    Object deep = null;
    //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();
    
    // TODO Auto-generated method stub
    return deepProtoType;
  }
}

方式一：通过对象序列化实现深拷贝(推荐)

案例代码：

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);
      DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType)ois.readObject();
      
      return copyObj;
      
    } catch (Exception e) {
      // TODO: handle exception
      e.printStackTrace();
      return null;
    } finally {
      //关闭流
      try {
        bos.close();
        oos.close();
        bis.close();
        ois.close();
      } catch (Exception e2) {
        // TODO: handle exception
        System.out.println(e2.getMessage());
      }
    }
  }
}

四、在JDK框架中源码分析

JDK 中的ArrayList类中，就使用了原型模式

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{
   /**
     * Returns a shallow copy of this <tt>ArrayList</tt> instance.  (The
     * elements themselves are not copied.)
     *
     * @return a clone of this <tt>ArrayList</tt> instance
     */
    public Object clone() {
        try {
            ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();
            v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
            v.modCount = 0;
            return v;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            // this shouldn't happen, since we are Cloneable
            throw new InternalError(e);
        }
    }
}