Java设计模式——原型模式讲解以及在Spring框架中的使用

设计模式全篇即将上线在：https://javaxiaobear.gitee.io/

1、克隆羊问题

现在有一只熊tom，姓名为: tom, 年龄为：1，颜色为：白色，请编写程序创建和tom 熊属性完全相同的10只熊。

1、代码实现

public class Bear {

    private String name;

    private Integer age;

    private String color;

    public Bear(String name, Integer age, String color) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return new StringJoiner(", ", Bear.class.getSimpleName() + "[", "]")
                .add("name='" + name + "'")
                .add("age=" + age)
                .add("color='" + color + "'")
                .toString();
    }
}

public class BearCloneTest {

    public static void main(String[] args) {
        Bear bear = new Bear("bear", 3, "白色");
        Bear bear2 = new Bear(bear.getName(), bear.getAge(), bear.getColor());
        Bear bear3 = new Bear(bear.getName(), bear.getAge(), bear.getColor());
        Bear bear4 = new Bear(bear.getName(), bear.getAge(), bear.getColor());
        Bear bear5 = new Bear(bear.getName(), bear.getAge(), bear.getColor());

        System.out.println(bear2);
    }
}

2、传统方式优缺点

优点是比较好理解，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

3、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

2、原型模式

1、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：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()

2、代码实现

public class Bear implements Cloneable{

    private String name;

    private Integer age;

    private String color;

    public Bear(String name, Integer age, String color) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    @Override
    protected Bear clone(){
        Bear bear = null;
        try {
            bear = (Bear) super.clone();
        }catch (CloneNotSupportedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        return bear;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return new StringJoiner(", ", Bear.class.getSimpleName() + "[", "]")
                .add("name='" + name + "'")
                .add("age=" + age)
                .add("color='" + color + "'")
                .toString();
    }
}

public class ImproveTest {

    public static void main(String[] args) {
        Bear bear = new Bear("bear", 3, "白色");
        Bear clone1 = bear.clone();
        Bear clone2 = bear.clone();
        Bear clone3 = bear.clone();
        Bear clone4 = bear.clone();

        System.out.println(clone1);
    }
}

3、原型模式在Spring框架中的使用

Spring中原型Bean的创建，就是原型模式的应用

prototype作用域部署的bean，每一次请求（将其注入到另一个bean中，或者以程序的方式调用容器的getBean()方法）都会产生一个新的bean实例，相当与一个new的操作，对于prototype作用域的bean，有一点非常重要，那就是Spring不能对一个prototype bean的整个生命周期负责，容器在初始化、配置、装饰或者是装配完一个prototype实例后，将它交给客户端，随后就对该prototype实例不闻不问了

<bean id="accountService" class="com.foo.DefaultAccountService" scope="prototype"/>

4、浅拷贝与深拷贝

1、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
• 克隆熊就是浅拷贝
• 浅拷贝是使用默认的clone()方法来实现

sheep = (Sheep) super.clone();

2、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(包括对象的引用类型)进行拷贝。

深拷贝实现方式：

• 重写clone 方法来实现深拷贝
• 通过对象序列化实现深拷贝(推荐)

1. 新建对象

public class DeepCloneableTarget implements Cloneable, Serializable {

    public static final long serialVersionUID = 1L;

    private String cloneName;

    private String cloneClass;

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

1. 完成对象的引用

public class DeepProtoType implements Cloneable, Serializable {

    public String name;

    public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;

    public DeepProtoType() {
        super();
    }

    /**
     * 利用clone进行拷贝
     * @return
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    @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();
        //进行转换，单独处理
        DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType) deep;
        deepProtoType.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();
        return deepProtoType;
    }

    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);
            //当前这个对象以对象流的方式输出
            oos.writeObject(this);

            //反序列化
            bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ois = new ObjectInputStream(bis);
            DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType)ois.readObject();
            return copyObj;
        }catch (Exception e){
            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());
            }
        }
    }
}

1. 测试

public class DeepTest {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        DeepProtoType protoType = new DeepProtoType();
        protoType.name = "小熊";
        protoType.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大熊", "小熊");

        //方式1 完成深拷贝
        DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) protoType.clone();

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

        //方式二
        DeepProtoType p3 = (DeepProtoType) protoType.deepClone();
        System.out.println("p.name=" + protoType.name + " p.deepCloneableTarget=" + protoType.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println("p2.name=" + protoType.name + " p3.deepCloneableTarget=" + p3.deepCloneableTarget.hashCode());

    }
}

5、注意细节和说明

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

不用重新初始化对象，而是动态地获得对象运行时的状态

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

在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码

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.