设计模式 | 原型模式 phototype

原型模式通过克隆一个已经存在的对象实例来返回新的实例，而不是通过new去创建对象，多用于创建复杂的或者耗时的实例，因为这种情况下，复制一个已经存在的实例使程序运行更高效；

java中复制对象是通过重写 clone() 实现的，原型类需要实现 Cloneable 接口，否则报 CloneNotSupportedException 异常

类图

1. 抽象原型角色：Prototype，可以为接口或者抽象类，实现了 Cloneable 接口，重写了 clone() 方法，子类只需实现或集成即可拥有克隆功能
2. 具体原型角色：PrototypeA，PrototypeB，实现/集成了Prototype接口的类，拥有克隆方法
3. 工厂模式：原型模式常和工厂模式一起使用，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

实现

以笔为例子，结合工厂模式讲解如何使用原型模式，涉及的类：Pen（抽象类），Pencil（铅笔），CarbonPen（碳素笔），PenFactory（工厂方法）

Pen

抽象类，抽象原型角色，实现了 Cloneable 接口，重写了 clone() 方法

/**
 * @author: chenmingyu
 * @date: 2019/2/28 09:54
 * @description: 抽象原型角色
 */
@Data
public abstract class Pen implements Cloneable{

    private String name;

    public Pen(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

Pencil

继承了Pen，具体原型角色

/**
 * @author: chenmingyu
 * @date: 2019/2/28 11:27
 * @description: 铅笔
 */
public class Pencil extends Pen{

    public Pencil(String name) {
        super(name);
    }
}

CarbonPen

继承了Pen，具体原型角色

/**
 * @author: chenmingyu
 * @date: 2019/2/28 11:29
 * @description: 碳素笔
 */
public class CarbonPen extends  Pen{

    public CarbonPen(String name) {
        super(name);
    }
}

PenFactory

简单工厂实现

/**
 * @author: chenmingyu
 * @date: 2019/2/28 11:32
 * @description: 笔生产工厂
 */
public class PenFactory {

    /**
     * 原型类容器
     */
    private static Map<String, Pen> penMap = new Hashtable<>();

    /**
     * 初始化
     */
    public static void init() {
        Pen carbonPen = new CarbonPen("碳素笔");
        penMap.put(CarbonPen.class.getName(),carbonPen);
        Pen pencil = new Pencil("铅笔");
        penMap.put(Pencil.class.getName(),pencil);
    }

    /**
     * 通过复制获取实例
     * @param className
     * @return
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    public static Pen getPen(Class className) throws CloneNotSupportedException{
        Pen cachedShape = penMap.get(className.getName());
        return (Pen) cachedShape.clone();
    }

}

调用

public static void main(String[] args){
        PenFactory.init();
        IntStream.range(0,2).forEach(i->{
            try {
                System.out.println(PenFactory.getPen(CarbonPen.class).getClass());
                System.out.println(PenFactory.getPen(Pencil.class).getClass());
                System.out.println("  ... ");
            }catch (CloneNotSupportedException e){
                e.printStackTrace();
            }
        });
    }

输出

class com.example.design.prototype.CarbonPen
class com.example.design.prototype.Pencil
  ... 
class com.example.design.prototype.CarbonPen
class com.example.design.prototype.Pencil
  ...

浅拷贝和深拷贝

浅拷贝：将一个对象复制后，基本类型会被重新创建，引用类型的对象会把引用拷贝过去，实际上还是指向的同一个对象

深拷贝：将一个对象复制后，基本类型和引用类型的对象都会被重新创建

浅拷贝

举个例子

/**
 * @author: chenmingyu
 * @date: 2019/2/28 14:53
 * @description: 克隆
 */
@Data
public class Clone implements Cloneable{

    private CloneA CloneA;

    public Clone() {
        this.CloneA = new CloneA();
    }

    @Override
    protected Clone clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Clone) super.clone();
    }

    class CloneA{
    }
}

测试

public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException{

    Clone clone = new Clone();
    Clone clone1 = clone.clone();
    System.out.println(clone == clone1);
    System.out.println(clone.getCloneA() == clone1.getCloneA());
}

输出

false    
true

所以clone()方法是执行的浅拷贝，这个需要在写代码的时候注意一下，浅拷贝是否可以满足需求

深拷贝

深拷贝的实现方案主要有两种

1. 引用类型也使用clone()，进行clone的时候，对引用类型在调用一次clone()方法
2. 使用序列化，将对象序列化后在反序列化回来，得到新的对象实例

使用序列化实现以下

/**
 * @author: chenmingyu
 * @date: 2019/2/28 14:53
 * @description: 浅克隆
 */
@Data
public class Clone implements Cloneable ,Serializable {

    private CloneA CloneA;

    public Clone() {
        this.CloneA = new CloneA();
    }

    @Override
    protected Clone clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Clone) super.clone();
    }

    /**
     * 深拷贝
     * @return
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    protected Clone deepClone() throws CloneNotSupportedException {
        Clone clone = null;
        try{
            ByteArrayOutputStream baos=new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream oos=new ObjectOutputStream(baos);
            oos.writeObject(this);
            oos.close();
            ByteArrayInputStream bais=new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray());
            ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(bais);
            //生成新的对象实例
            clone=(Clone)ois.readObject();
            ois.close();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        return clone;
    }

    class CloneA implements Serializable{
    }
}

测试

public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException{

    Clone clone = new Clone();
    Clone clone1 = clone.deepClone();
    System.out.println(clone == clone1);
    System.out.println(clone.getCloneA() == clone1.getCloneA());
}

输出

false    
false

在使用原型模式的时候一定要理解什么是浅拷贝和深拷贝，才可以放心的使用原型模式，并且一般都会和工厂模式一起使用