设计模式学习（五）：原型模式
作者：Grey
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原型模式
原型模式是创建型模式。
如果对象的创建成本比较大，而同一个类的不同对象之间差别不大（大部分字段的值都相同），在这种情况下，我们可以利用对已有对象（原型）进行复制（或者叫拷贝）的方式来创建新对象，以达到节省创建时间的目的。这种基于原型来创建对象的方式就叫作原型设计模式。
实际上，创建对象包含的申请内存、给成员变量赋值这一过程，本身并不会花费太多时间，或者说对于大部分业务系统来说，这点时间完全是可以忽略的。应用一个复杂的模式，只得到一点点的性能提升，这就是所谓的过度设计，得不偿失。但是，如果对象中的数据需要经过复杂的计算才能得到（比如排序、计算哈希值），或者需要从 RPC 、网络、数据库、文件系统等非常慢速的 I/O 中读取，每次读取一次的代价都很高，在这种情况下，我们就可以利用原型模式，从其他已有对象中直接拷贝得到，而不用每次在创建新对象的时候，都重复执行这些耗时的操作。
原型模式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，典型的应用是对象的克隆方法，示例代码如下
public class Person implements Cloneable {
String name = "lisa";
int age = 1;
Location loc = new Location("xy", 10);
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Person p = (Person) super.clone();
p.loc = (Location) loc.clone();
return p;
}
@Override
public String toString() {
return "Person{" + "name='" + name + '\'' + ", age=" + age + ", loc=" + loc + '}';
}
}
public class Location implements Cloneable {
private String street;
private int roomNo;
public Location(String street, int roomNo) {
this.street = street;
this.roomNo = roomNo;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
@Override
public String toString() {
return "Location{" + "street='" + street + '\'' + ", roomNo=" + roomNo + '}';
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Person p = new Person();
System.out.println(p);
Person p2 = (Person) p.clone();
System.out.println(p2);
}
}
本示例的 UML 图如下：
注：Java 自带的 clone（） 方法进行的就是浅克隆。而如果我们想进行深克隆，可以直接在类中调用父类的克隆方法，即： super.clone() 后，手动给克隆对象的相关属性分配另一块内存，不过如果当原型对象维护很多引用属性的时候，手动分配会比较烦琐。因此，在 Java 中，如果想完成原型对象的深克隆，则通常使用序列化的方式。
例如：克隆一个巨大的 HashMap，如果构建该 HashMap 的代价很大，我们可以通过
方式一：先调用 HashMap 默认的克隆方法，然后递归拷贝 HashMap 里面的内容，直到类型是基础类型为止；
方式二：使用序列化方式克隆。
关于序列化克隆的示例代码如下
import java.io.*;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class DeepCloneDemo {
public static void main(String[] args) {
List<String> hobbies = new ArrayList<>();
hobbies.add("唱歌");
hobbies.add("跳舞");
Prototype p = new Prototype();
p.setAge(18);
p.setName("zhangsan");
p.setHobbits(hobbies);
Prototype clone = p.clone();
System.out.println(clone.getAge());
System.out.println(clone.getName());
System.out.println(clone.getHobbits());
}
}
// 待克隆对象
class Prototype implements Cloneable, Serializable {
private int age;
private String name;
private List<String> hobbits;
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public List<String> getHobbits() {
return hobbits;
}
public void setHobbits(List<String> hobbits) {
this.hobbits = hobbits;
}
@Override
protected Prototype clone() {
return deepClone();
}
public Prototype deepClone() {
try {
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(this);
ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
return (Prototype) ois.readObject();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return null;
}
}
@Override
public String toString() {
return "Prototype{" + "age=" + age + ", name='" + name + '\'' + ", hobbits=" + hobbits + '}';
}
}
如果只是增量拷贝，可以通过浅拷贝拿到一个新的 HashMap ，然后拿到增量的数据单独进行深拷贝即可。
更多地，Spring 中创建对象的方式默认采用单例模式，可以通过设置 @Scope("prototype") 注解将其改为原型模式。