原型模式(Prototype Pattern)

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。

克隆羊问题
现在有一只羊tom，姓名为: tom,年龄为: 1，颜色为:白色，请编写程序创建和tom羊属性完全相同的10只羊。

案例一：传统方式

public class Sheep {private String name;private int age;private String color;//...省略get，set，toString，有参构造

public class Client {public static void main(String[] args) {//传统的方法Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");Sheep sheep2 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());//....System.out.println(sheep);System.out.println(sheep2);//...}
}

优点

比较好理解，简单易操作

缺点

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
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

案例二：原型模式

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(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
原型模式是–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
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
clone对象实现Cloneable

public class Sheep implements Cloneable {private String name;private int age;private String color;private String address = "蒙古羊";public Sheep friend; //是对象, 克隆是会如何处理//...省略get，set，toString，有参构造//克隆该实例，使用默认的clone方法来完成@Overrideprotected Object clone()  {Sheep sheep = null;try {sheep = (Sheep)super.clone();} catch (Exception e) {System.out.println(e.getMessage());}return sheep;}
}

public class Client {public static void main(String[] args) {System.out.println("原型模式完成对象的创建");// TODO Auto-generated method stubSheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆System.out.println("sheep2 =" + sheep2 + "sheep2.friend=" + sheep2.friend.hashCode());System.out.println("sheep3 =" + sheep3 + "sheep3.friend=" + sheep3.friend.hashCode());}
}

原型模式在Spring框架中源码分析

Spring中原型bean的创建，就是原型模式的应用

 <!-- 这里我们的 scope="prototype" 即 原型模式来创建 --><!-- 这里我们的 scope="prototype" 即 原型模式来创建 --><beans><bean id="monster" class="com.jsxl.spring.bean.Monster" scope="prototype"/><bean id="friend" class="com.jsxl.spring.bean.Friend" scope="prototype"/></beans>

public class Monster {private Integer id = 10 ;private String nickname = "牛魔王";private String skill = "芭蕉扇";private Friend friend =new Friend(1,"孙悟空");//...省略get，set，toString，有参构造
}

public class Friend {private Integer;private String nickname;//...省略get，set，toString，有参构造

 <!-- 这里我们的 scope="prototype" 即 原型模式来创建 --><beans><bean id="monster" class="com.jsxl.spring.bean.Monster" scope="prototype"/><bean id="friend" class="com.jsxl.spring.bean.Friend" scope="prototype"/></beans>

public class ProtoType {public static void main(String[] args) {ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("beans.xml");// 获取monster[通过id获取monster]Monster monster = (Monster)applicationContext.getBean("monster");monster.getFriend().hashCode();System.out.println("monster" + monster +"hashCode"+monster.getFriend().hashCode()); Monster monster2 = (Monster)applicationContext.getBean("monster");System.out.println("monster2" + monster2+"hashCode"+monster2.getFriend().hashCode()); System.out.println(monster == monster2); // false}
}

通过debug找到源码判断

// Create bean instance.if (mbd.isSingleton()) {sharedInstance = getSingleton(beanName, new ObjectFactory<Object>() {@Overridepublic Object getObject() throws BeansException {try {return createBean(beanName, mbd, args);}catch (BeansException ex) {// Explicitly remove instance from singleton cache: It might have been put there// eagerly by the creation process, to allow for circular reference resolution.// Also remove any beans that received a temporary reference to the bean.destroySingleton(beanName);throw ex;}}});bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);}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);}

深入讨论浅拷贝和深拷贝

浅拷贝

对于数据类型是基本数据类型及string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。“string”属于Java中的字符串类型,也是一个引用类型,并不属于基本的数据类型。
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

浅拷贝是使用默认的clone()方法来实现

sheep = (Sheep) super.clone();

深拷贝

复制对象的所有基本数据类型的成员变量值
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(包括对象的引用类型)进行拷贝
深拷贝实现方式1:重写clone方法来实现深拷贝
深拷贝实现方式2:通过对象序列化实现深拷贝(推荐)
被引用对象继承Cloneable重新clone(）方法

public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable {/*** */private static final long serialVersionUID = 1L;private String cloneName;private String cloneClass;//构造器public DeepCloneableTarget(String cloneName, String cloneClass) {this.cloneName = cloneName;this.cloneClass = cloneClass;}//因为该类的属性，都是String , 因此我们这里使用默认的clone完成即可@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}
}

public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable{public String name; //String 属性public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用类型public DeepProtoType() {super();}//深拷贝 - 方式 1 使用clone 方法@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {Object deep = null;//这里完成对基本数据类型(属性)和String的克隆deep = super.clone(); //对引用类型的属性，进行单独处理DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep;deepProtoType.deepCloneableTarget  = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();// TODO Auto-generated method stubreturn deepProtoType;}//深拷贝 - 方式2 通过对象的序列化实现 (推荐)public Object deepClone() {//创建流对象ByteArrayOutputStream bos = null;ObjectOutputStream oos = null;ByteArrayInputStream bis = null;ObjectInputStream ois = null;try {//序列化bos = new ByteArrayOutputStream();oos = new ObjectOutputStream(bos);oos.writeObject(this); //当前这个对象以对象流的方式输出//反序列化bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());ois = new ObjectInputStream(bis);DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType)ois.readObject();return copyObj;} catch (Exception e) {// TODO: handle exceptione.printStackTrace();return null;} finally {//关闭流try {bos.close();oos.close();bis.close();ois.close();} catch (Exception e2) {System.out.println(e2.getMessage());}}}
}

public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {DeepProtoType p = new DeepProtoType();p.name = "张三";p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛");//方式1 完成深拷贝
//      DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.clone();
//      System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
//      System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());//方式2 完成深拷贝DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.deepClone();System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());}
}

总结

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
不用重新初始化对象，而是动态地获得对象运行时的状态
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变化，无需修改代码

在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码

缺点: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

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