设计模式（三）原型模式

定义：通过一个已经存在的对象，复制出更多的具有与此对象具有相同类型的新的对象。

Java中的对象复制/克隆分为浅复制和深复制。

一、浅复制：

我们知道，一个类的定义中包括属性和方法。属性用于表示对象的状态，方法用于表示对象所具有的行为。其中，属性既可以是Java中基本数据类型，也可以是引用类型。Java中的浅复制通常使用clone()方式完成。

当进浅复制时，clone函数返回的是一个引用，指向的是新的clone出来的对象，此对象与原对象分别占用不同的堆空间。同时，复制出来的对象具有与原对象一致的状态。

此处对象一致的状态是指：复制出的对象与原对象中的属性值完全相等==。

下面以复制一本书为例：

1.定义Book类和Author类

Author.java

class Author {

    private String name;
    private int age;

    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;
    }

}

Book.java

class Book implements Cloneable {

    private String title;
    private int pageNum;
    private Author author;

    public Book clone() {
        Book book = null;
        try {
            book = (Book) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        return book;
    }

    public String getTitle() {
        return title;
    }

    public void setTitle(String title) {
        this.title = title;
    }

    public int getPageNum() {
        return pageNum;
    }

    public void setPageNum(int pageNum) {
        this.pageNum = pageNum;
    }

    public Author getAuthor() {
        return author;
    }

    public void setAuthor(Author author) {
        this.author = author;
    }

}

2.测试：

package com.qqyumidi;

public class PrototypeTest {

    public static void main(String[] args) {
        Book book1 = new Book();
        Author author = new Author();
        author.setName("corn");
        author.setAge(100);
        book1.setAuthor(author);
        book1.setTitle("好记性不如烂博客");
        book1.setPageNum(230);

        Book book2 = book1.clone();
        
        System.out.println(book1 == book2);  // false
        System.out.println(book1.getPageNum() == book2.getPageNum());   // true
        System.out.println(book1.getTitle() == book2.getTitle());        // true
        System.out.println(book1.getAuthor() == book2.getAuthor());        // true
        
    }
}

由输出的结果可以验证说到的结论。由此我们发现：虽然复制出来的对象重新在堆上开辟了内存空间，但是，对象中各属性确保持相等。对于基本数据类型很好理解，但对于引用数据类型来说，则意味着此引用类型的属性所指向的对象本身是相同的， 并没有重新开辟内存空间存储。换句话说，引用类型的属性所指向的对象并没有复制。

由此，我们将其称之为浅复制。当复制后的对象的引用类型的属性所指向的对象也重新得以复制，此时，称之为深复制。

 

二、深复制：

 Java中的深复制一般是通过对象的序列化和反序列化得以实现。序列化时，需要实现Serializable接口。

下面还是以Book为例，看下深复制的一般实现过程：

1.定义Book类和Author类（注意：不仅Book类需要实现Serializable接口，Author同样也需要实现Serializable接口!!）

Author.java

class Author implements Serializable{

    private String name;
    private int age;

    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;
    }

}

Book.java

class Book implements Serializable {

    private String title;
    private int pageNum;
    private Author author;

    public Book deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException{
        // 写入当前对象的二进制流 
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();  
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);  
        oos.writeObject(this);
        
        // 读出二进制流产生的新对象  
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());  
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);  
        return (Book) ois.readObject();
    }
    
    public String getTitle() {
        return title;
    }

    public void setTitle(String title) {
        this.title = title;
    }

    public int getPageNum() {
        return pageNum;
    }

    public void setPageNum(int pageNum) {
        this.pageNum = pageNum;
    }

    public Author getAuthor() {
        return author;
    }

    public void setAuthor(Author author) {
        this.author = author;
    }

}

2.测试：

public class PrototypeTest {

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IOException {
        Book book1 = new Book();
        Author author = new Author();
        author.setName("corn");
        author.setAge(100);
        book1.setAuthor(author);
        book1.setTitle("好记性不如烂博客");
        book1.setPageNum(230);

        Book book2 = book1.deepClone();
        
        System.out.println(book1 == book2);  // false
        System.out.println(book1.getPageNum() == book2.getPageNum());   // true
        System.out.println(book1.getTitle() == book2.getTitle());        // false
        System.out.println(book1.getAuthor() == book2.getAuthor());        // false
        
    }
}

从输出结果中可以看出，深复制不仅在堆内存上开辟了空间以存储复制出的对象，甚至连对象中的引用类型的属性所指向的对象也得以复制，重新开辟了堆空间存储。

 

三.原型模式的使用场景

• 如果类的初始化需要耗费较多的资源，那么可以通过原型拷贝避免这些消耗。
• 通过new产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，则可以使用原型模式。
• 一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以拷贝多个对象供调用者使用，即保护性拷贝。

四.原型模式的优缺点

优点：

原型模式是在内存中二进制流的拷贝，要比new一个对象的性能要好，特别是需要产生大量对象时。

缺点：

直接在内存中拷贝，构造函数是不会执行的，这样就减少了约束，这既是优点也是缺点，需要在实际应用中去考量。