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Java设计模式之java原型模式详解

发布时间：2021-9-16 00:00

介绍

原型模式(Prototype Pattern)：使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。原型模式是一种对象创建型模式。

原型模式的工作原理很简单：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自己来实现创建过程。

原型模式是一种“另类”的创建型模式，创建克隆对象的工厂就是原型类自身，工厂方法由克隆方法来实现。

需要注意的是通过克隆方法所创建的对象是全新的对象，它们在内存中拥有新的地址，通常对克隆所产生的对象进行修改对原型对象不会造成任何影响，每一个克隆对象都是相互独立的。通过不同的方式修改可以得到一系列相似但不完全相同的对象。

角色

原型模式的核心在于如何实现克隆方法。

Java语言提供的clone()方法

学过Java语言的人都知道，所有的Java类都继承自 java.lang.Object。事实上，Object 类提供一个 clone() 方法，可以将一个Java对象复制一份。因此在Java中可以直接使用 Object 提供的 clone() 方法来实现对象的克隆，Java语言中的原型模式实现很简单。

需要注意的是能够实现克隆的Java类必须实现一个 标识接口 Cloneable，表示这个Java类支持被复制。如果一个类没有实现这个接口但是调用了clone()方法，Java编译器将抛出一个 CloneNotSupportedException 异常。

代码演示—克隆羊

具体原型类:

//实现Cloneable接口
@Data
public class Sheep implements Cloneable
{
    private String name;
    private Integer age;
    //重写Object的clone方法
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException 
    {
        Sheep sheep=null;
        sheep=(Sheep)super.clone();
        return sheep;
    }
}

客户端创建并克隆原型对象：

        //创建原型对象
        Sheep sheep=new Sheep();
        sheep.setAge(3);
        sheep.setName("肖恩");
        //克隆
        Sheep sheep1 = sheep.clone();
        Sheep sheep2=sheep.clone();
        System.out.println(sheep1);
        System.out.println(sheep2);
        System.out.println(sheep1==sheep2);

在这里插入图片描述

结论

看一眼 Object#clone 方法

protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

这是一个 native 关键字修饰的方法

一般而言，Java语言中的clone()方法满足：

在派生类中覆盖基类的 clone() 方法，并声明为public；

在派生类的 clone() 方法中，调用 super.clone()；

派生类需实现Cloneable接口。

此时，Object类相当于抽象原型类，所有实现了Cloneable接口的类相当于具体原型类。

深浅拷贝

pig类:

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Pig 
{
    String name;
    Integer age;
}

sheep类:

//实现Cloneable接口
@Data
public class Sheep implements Cloneable
{
    private String name;
    private Integer age;
    private  Pig pig;
    //重写Object的clone方法
    @Override
    protected Sheep clone() throws CloneNotSupportedException
    {
        Sheep sheep=null;
        sheep=(Sheep)super.clone();
        return sheep;
    }
}

客户端进行克隆:

public class test
{
    @Test
    public void test() throws CloneNotSupportedException {
        //创建原型对象
        Sheep sheep=new Sheep();
        sheep.setAge(3);
        sheep.setName("肖恩");
        sheep.setPig(new Pig("大忽悠",3));
        //克隆
        Sheep sheep1 = sheep.clone();
        Sheep sheep2=sheep.clone();
        System.out.println(sheep1);
        System.out.println(sheep2);
        System.out.println(sheep1==sheep2);
        System.out.println("==============================");
        System.out.println(sheep1.getPig()==sheep2.getPig());
    }
}

在这里插入图片描述

这里对Sheep类里面的引用类型Pig的克隆方式只是简单的地址拷贝，即浅拷贝操作

深浅拷贝探讨

浅克隆：

深克隆：

实现深克隆的方式一 ： 手动对引用对象进行克隆

Pig类首先需要实现克隆即可，并重写clone方法:

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Pig implements Cloneable
{
    String name;
    Integer age;
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

sheep类:

//实现Cloneable接口
@Data
public class Sheep implements Cloneable
{
    private String name;
    private Integer age;
    private  Pig pig;
    //重写Object的clone方法
    @Override
    protected Sheep clone() throws CloneNotSupportedException
    {
        Sheep sheep=null;
        sheep=(Sheep)super.clone();
        sheep.pig=(Pig)sheep.pig.clone();
        return sheep;
    }
}

在这里插入图片描述

实现深克隆的方式一 ：序列化

对象可以序列化的前提是实现了Serializable接口，这里Sheep和Pig都需要实现该接口

pig类:

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Pig implements Serializable
{
    String name;
    Integer age;
}

sheep类:

//实现Cloneable接口
@Data
public class Sheep implements Serializable
{
    private String name;
    private Integer age;
    private  Pig pig;
 //序列化方式完成深拷贝
    public Sheep deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
        //先将要序列化的对象写入流中
        ByteArrayOutputStream baot=new ByteArrayOutputStream();
        //ObjectOutputStream构造函数的参数是，将对象流写入到哪里
        ObjectOutputStream oot=new ObjectOutputStream(baot);
          oot.writeObject(this);
          //将序列化的对象从流中读取出来
        ByteArrayInputStream bait=new ByteArrayInputStream(baot.toByteArray());
        ObjectInputStream oit=new ObjectInputStream(bait);
        return (Sheep) oit.readObject();
    }
}

在这里插入图片描述

原型模式对单例模式的破坏

饿汉式单例模式如下：

public class HungrySingleton implements Serializable, Cloneable {
    private final static HungrySingleton hungrySingleton;
    static {
        hungrySingleton = new HungrySingleton();
    }
    private HungrySingleton() 
    {}
    public static HungrySingleton getInstance() {
        return hungrySingleton;
    }
    private Object readResolve() {
        return hungrySingleton;
    }
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

使用反射获取对象，测试如下

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
        HungrySingleton hungrySingleton = HungrySingleton.getInstance();
        Method method = hungrySingleton.getClass().getDeclaredMethod("clone");
        method.setAccessible(true);
        HungrySingleton cloneHungrySingleton = (HungrySingleton) method.invoke(hungrySingleton);
        System.out.println(hungrySingleton);
        System.out.println(cloneHungrySingleton);
    }
}

输出

com.designpattern.HungrySingleton@34c45dca
com.designpattern.HungrySingleton@52cc8049

可以看到，通过原型模式，我们把单例模式给破坏了，现在有两个对象了

为了防止单例模式被破坏，我们可以：不实现 Cloneable 接口；或者把 clone 方法改为如下

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

优缺点

原型模式的主要优点如下：

原型模式的主要缺点如下：

适用场景

原型模式在Spring中的应用场景

在Spring中，用户也可以采用原型模式来创建新的Bean实例，从而实现每次获取的是通过克隆生成的新实例，对其进行修改时对原有实例对象不造成任何影响。

这里的原型模式，也就是常说的Spring中的多实例模式，Spring中还有大家熟知的单实例模式，即Sigleton

总结

在这里插入图片描述

本篇文章就到这里了，希望能够给你带来帮助，也希望您能够多多关注猪先飞的更多内容！

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