Java描述设计模式(05)：原型模式

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一、原型模式简介

1、基础概念

原型模式属于对象的创建模式。通过给出一个原型对象来指明所有创建的对象的类型，然后用复制这个原型对象的办法创建出更多同类型的对象。

2、模式结构

原型模式要求对象实现一个可以“克隆”自身的接口，这样就可以通过复制一个实例对象本身来创建一个新的实例。这样一来，通过原型实例创建新的对象，就不再需要关心这个实例本身的类型，只要实现了克隆自身的方法，就可以通过这个方法来获取新的对象，而无须再去通过new来创建。

3、代码实现

1)、UML关系图

2)、核心角色

这种形式涉及到三个角色：

1)、客户(Client)角色：客户类提出创建对象的请求。

2)、抽象原型(Prototype)角色：这是一个抽象角色，通常由一个Java接口或Java抽象类实现。此角色给出所有的具体原型类所需的接口。

3)、具体原型（Concrete Prototype）角色：被复制的对象。此角色需要实现抽象的原型角色所要求的接口。

3)、基于JDK源码实现

/**
 * 基于JDK源码方式实现原型模式
 */
public class C01_Property {
    public static void main(String[] args) {
        Product product = new Product("机械键盘","白色",100.00) ;
        Product product1 = (Product) product.clone();
        Product product2 = (Product) product.clone();
        System.out.println(product1);
        System.out.println(product2);
        System.out.println(product1==product2);  // false
    }
}
class Product implements Cloneable {
    private String name ;
    private String color ;
    private Double price ;
    public Product(String name, String color, Double price) {
        this.name = name;
        this.color = color;
        this.price = price;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Product{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", color='" + color + '\'' +
                ", price=" + price +
                '}';
    }
    @Override
    protected Object clone() {
        Product product = null ;
        try{
            product = (Product)super.clone() ;
        } catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        return product ;
    }
    // 省略GET和SET方法
}

二、Spring框架应用

1、配置文件

<!-- 多例Bean -->
<bean id="sheep01" class="com.model.design.spring.node05.property.Sheep" scope="prototype" />
<!-- 单例Bean 默认: scope="singleton" -->
<bean id="sheep02" class="com.model.design.spring.node05.property.Sheep"/>

2、测试代码块

@Test
public void test01 (){
    ApplicationContext context01 = new ClassPathXmlApplicationContext(
            "/spring/spring-property.xml");
    // 原型模式
    Sheep sheep1 = (Sheep)context01.getBean("sheep01") ;
    Sheep sheep2 = (Sheep)context01.getBean("sheep01") ;
    System.out.println(sheep1==sheep2); // false
    // 单例模式
    Sheep sheep3 = (Sheep)context01.getBean("sheep02") ;
    Sheep sheep4 = (Sheep)context01.getBean("sheep02") ;
    System.out.println(sheep3==sheep4); // true
}

3、核心源码

• 所在类：org.springframework.beans.factory.support.AbstractBeanFactory
• 所在方法：doGetBean

1)、执行流程

if (mbd.isSingleton()) {
    sharedInstance = this.getSingleton(beanName, new ObjectFactory<Object>() {
        public Object getObject() throws BeansException {
            try {
                return AbstractBeanFactory.this.createBean(beanName, mbd, args);
            } catch (BeansException var2) {
                AbstractBeanFactory.this.destroySingleton(beanName);
                throw var2;
            }
        }
    });
    bean = this.getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
} else if (mbd.isPrototype()) {
    var11 = null;
    Object prototypeInstance;
    try {
        this.beforePrototypeCreation(beanName);
        prototypeInstance = this.createBean(beanName, mbd, args);
    } finally {
        this.afterPrototypeCreation(beanName);
    }
    bean = this.getObjectForBeanInstance(prototypeInstance, name, beanName, mbd);
} 

2)、单例多例判断

所以默认就是单例模式，指定[scope="prototype"]就是原型模式。

public boolean isSingleton() {
    return "singleton".equals(this.scope) || "".equals(this.scope);
}
public boolean isPrototype() {
    return "prototype".equals(this.scope);
}

三、深浅拷贝

1、浅拷贝

1) 数据类型是基本数据类型、String类型的成员变量，浅拷贝直接进行值传递，也就是将该属性值复制一份给新的对象。
2) 数据类型是引用数据类型的成员变量，比如说成员变量是数组、类的对象等，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。实际上两个对象的成员变量都指向同一个实例。修改其中一个对象属性会影响到另一个对象的属性。
3) 浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现。

2、深拷贝

1)、概念描述

除了浅拷贝要拷贝的值外，还负责拷贝引用类型的数据。那些引用其他对象的变量将指向被复制过的新对象，而不再是原有的那些被引用的对象，这种对被引用到的对象的复制叫做间接复制。

2)、源代码实现

序列化实现深度克隆

对象写到流里的过程是序列化(Serialization)过程；而把对象从流中读出来的过程则叫反序列化(Deserialization)过程。应当指出的是，写到流里的是对象的一个拷贝，而原对象仍然存在于JVM里面。

在Java语言里深度克隆一个对象，常常可以先使对象实现Serializable接口，然后把对象（实际上只是对象的拷贝）写到一个流里（序列化），再从流里读回来（反序列化），便可以重建对象。

/**
 * 深拷贝和浅拷贝对比案例
 */
public class C02_DeepClone {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Dog dog = new Dog("Tom") ;
        Dog dog1 = (Dog)dog.clone() ;
        Dog dog2 = (Dog)dog.clone() ;
        // dog1：1639622804;dog2：1639622804
        System.out.println("dog1："+dog1.cat.hashCode()+";dog2："+dog2.cat.hashCode());
        Dog dog3 = (Dog)dog.deepClone() ;
        Dog dog4 = (Dog)dog.deepClone() ;
        // dog3：1937348256;dog4：1641808846
        System.out.println("dog3："+dog3.cat.hashCode()+";dog4："+dog4.cat.hashCode());
    }
}

class Cat implements Serializable {
    public String name ;
    public Cat (String name){
        this.name = name ;
    }
}
class Dog implements Cloneable,Serializable {
    public String name ;
    public Cat cat ;
    public Dog (String name){
        this.name = name ;
        this.cat = new Cat("Kit") ;
    }
    @Override
    protected Object clone() {
        Dog dog = null ;
        try{
            dog = (Dog)super.clone() ;
        } catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        return dog ;
    }
    public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException{
        //将对象写到流里面：序列化
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
        oos.writeObject(this);
        //从流里面读出对象：反序列化
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
        return ois.readObject();
    }
}

四、优缺点总结

1、优点总结

原型模式允许在运行时动态改变具体的实现类型。原型模式可以在运行期间，由客户来注册符合原型接口的实现类型，也可以动态地改变具体的实现类型，看起来接口没有任何变化，但其实运行的已经是另外一个类实例了。因为克隆一个原型就类似于实例化一个类。

2、缺点总结

原型模式最主要的缺点是每一个类都必须配备一个克隆方法。配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类来说不是很难，而对于已经有的类不一定很容易，特别是当一个类引用不支持序列化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。

五、源代码地址

GitHub·地址
https://github.com/cicadasmile/model-arithmetic-parent
GitEE·地址
https://gitee.com/cicadasmile/model-arithmetic-parent