设计模式之原型

爱懒睡的鱼
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简介

原型模式（Prototype Pattern）是用于创建重复的对象，同时又能保证性能。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

当我们需要创建多个对象时，我们最简单的方式就是通过new Object(),这种方式优缺点如下：

  1. 优点是比较好理解，简单易操作。

  2. 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

  3. 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

  4. 改进的思路分析

思路: 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

clone()与new的区别

  1. clone()不会调用构造方法；new会调用构造方法
  2. clone()更快。clone()能快速创建一个已有对象的副本，即创建对象并且将已有对象中所有属性值克隆；new只能在JVM中申请一个空的内存区域，对象的属性值要通过构造方法赋值

what

  1. 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

  2. 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

  3. 工作原理是: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()

  4. 形象的理解:孙大圣拔出猴毛，变出其它孙大圣

how

  1. 实现克隆操作，在 JAVA 继承 Cloneable，重写 clone()。

  2. 原型模式同样用于隔离类对象的使用者和具体类型（易变类）之间的耦合关系，它同样要求这些"易变类"拥有稳定的接口。

克隆又分为浅拷贝和深拷贝。

浅拷贝的介绍

  1. 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。

  2. 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

  3. 前面我们克隆羊就是浅拷贝

  4. 浅拷贝是使用默认的clone()方法来实现 sheep = (Sheep) super.clone();

浅拷贝代码如下：

public  class Shape implements Cloneable {
    /**
     * id
     */
    private String id;
    /**
     * 类型
     */
    private String type;

    public String getId() {
        return id;
    }

    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }

    public String getType() {
        return type;
    }

    public void setType(String type) {
        this.type = type;
    }

    /**
     * 重写克隆方法
     * @return
     */
    @Override
    public Object clone() {
        Object clone = null;
        try {
            clone = super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return clone;
    }
}

深拷贝基本介绍

  1. 复制对象的所有基本数据类型的成员变量值
  2. 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 整个对象进行拷贝
  3. 深拷贝实现方式 1: 重写clone方法来实现深拷贝
  4. 深拷贝实现方式 2: 通过对象序列化实现深拷贝

深拷贝代码如下：

class Color implements Cloneable{

    private String color;

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

    public String getColor() {
        return color;
    }

    /**
     * 重写克隆方法
     * @return
     */
    @Override
    public Object clone() {
        Object clone = null;
        try {
            clone = super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return clone;
    }
}

/**
 * @author Evan
 */
public class Shape implements Cloneable {
    /**
     * id
     */
    private String id;
    /**
     * 类型
     */
    private String type;

    private Color color;

    public String getId() {
        return id;
    }

    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }

    public String getType() {
        return type;
    }

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

    public Color getColor() {
        return color;
    }
    /**
     * 重写克隆方法,方式一
     * @return
     */
    @Override
    public Object clone() {
        Object clone;
        try {
            clone = super.clone();
            Shape shape =(Shape)clone;
            shape.color = (Color) color.clone();
            return shape;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
    /**
     * 重写克隆方法，方式二
     * @return
     */
    public Object deepClone() {
        try(ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream oos =new ObjectOutputStream(bos);
            ByteArrayInputStream bis =new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ObjectInputStream ois =new ObjectInputStream(bis)){
            oos.writeObject(this);
            return (Shape)ois.readObject();
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

}

Spring原型模式

原型模式在Spring框架中源码分析

  1. Spring中原型bean的创建，就是原型模式的应用
  2. 代码分析+Debug源码 beans.xml
    <bean h="id01 " class="**" scope="prototype"/>

public class Test {
public static void main(String[] args) {
    ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("beans.xml");
    Object bean = applicationContext.getBean("id01");
      System.out.println("bean" + bean);
    }
}
   /**
 @Override
 public Object getBean(String name) throws BeansException {
  return doGetBean(name, null, null, false);
 }

    else if (mbd.isPrototype()) {
        // It's a prototype -> create a new instance.
        Object prototypeInstance = null;
        try {
            beforePrototypeCreation(beanName);
            prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args);
        }
        finally {
            afterPrototypeCreation(beanName);
        }
        bean = getObjectForBeanInstance(prototypeInstance, name, beanName, mbd);
    }
*/
  1. 使用注解@Scope("prototype")的方式

why

主要解决：在运行期建立和删除原型。

优点：

  1. 性能提高。
  2. 逃避构造函数的约束。

缺点：

  1. 配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类不是很难，但对于已有的类不一定很容易，特别当一个类引用不支持串行化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。
  2. 必须实现 Cloneable 接口。
  3. 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。

when

何时使用：

  1. 当一个系统应该独立于它的产品创建，构成和表示时。
  2. 当要实例化的类是在运行时刻指定时，例如，通过动态装载。
  3. 为了避免创建一个与产品类层次平行的工厂类层次时。
  4. 当一个类的实例只能有几个不同状态组合中的一种时。建立相应数目的原型并克隆它们可能比每次用合适的状态手工实例化该类更方便一些。

使用场景：

  1. 资源优化场景。
  2. 类初始化需要消化非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等。
  3. 性能和安全要求的场景。
  4. 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。
  5. 一个对象多个修改者的场景。
  6. 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，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用。
  7. 在实际项目中，原型模式很少单独出现，一般是和工厂方法模式一起出现，通过 clone 的方法创建一个对象，然后由工厂方法提供给调用者。原型模式已经与 Java 融为浑然一体，大家可以随手拿来使用。

小结

  1. 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
  2. 不用重新初始化对象，而是动态地获得对象运行时的状态
  3. 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编号,无需修改代码
  4. 在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码
  5. 深拷贝是通过实现 Serializable 读取二进制流。
  6. 通过原型模式的clone方法，还可以破坏好多单例模式。

本文使用 mdnice 排版

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