Java描述設計模式(05)：原型模式

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一、原型模式簡介

1、基礎概念

原型模式屬於對象的創建模式。通過給出一個原型對象來指明所有創建的對象的類型，然後用複製這個原型對象的辦法創建出更多同類型的對象。

2、模式結構

原型模式要求對象實現一個可以“克隆”自身的接口，這樣就可以通過複製一個實例對象本身來創建一個新的實例。這樣一來，通過原型實例創建新的對象，就不再需要關心這個實例本身的類型，只要實現了克隆自身的方法，就可以通過這個方法來獲取新的對象，而無須再去通過new來創建。

3、代碼實現

1)、UML關係圖

2)、核心角色

這種形式涉及到三個角色：

1)、客戶(Client)角色：客戶類提出創建對象的請求。

2)、抽象原型(Prototype)角色：這是一個抽象角色，通常由一個Java接口或Java抽象類實現。此角色給出所有的具體原型類所需的接口。

3)、具體原型（Concrete Prototype）角色：被複制的對象。此角色需要實現抽象的原型角色所要求的接口。

3)、基於JDK源碼實現

/**
 * 基於JDK源碼方式實現原型模式
 */
public class C01_Property {
    public static void main(String[] args) {
        Product product = new Product("機械鍵盤","白色",100.00) ;
        Product product1 = (Product) product.clone();
        Product product2 = (Product) product.clone();
        System.out.println(product1);
        System.out.println(product2);
        System.out.println(product1==product2);  // false
    }
}
class Product implements Cloneable {
    private String name ;
    private String color ;
    private Double price ;
    public Product(String name, String color, Double price) {
        this.name = name;
        this.color = color;
        this.price = price;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Product{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", color='" + color + '\'' +
                ", price=" + price +
                '}';
    }
    @Override
    protected Object clone() {
        Product product = null ;
        try{
            product = (Product)super.clone() ;
        } catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        return product ;
    }
    // 省略GET和SET方法
}

二、Spring框架應用

1、配置文件

<!-- 多例Bean -->
<bean id="sheep01" class="com.model.design.spring.node05.property.Sheep" scope="prototype" />
<!-- 單例Bean 默認: scope="singleton" -->
<bean id="sheep02" class="com.model.design.spring.node05.property.Sheep"/>

2、測試代碼塊

@Test
public void test01 (){
    ApplicationContext context01 = new ClassPathXmlApplicationContext(
            "/spring/spring-property.xml");
    // 原型模式
    Sheep sheep1 = (Sheep)context01.getBean("sheep01") ;
    Sheep sheep2 = (Sheep)context01.getBean("sheep01") ;
    System.out.println(sheep1==sheep2); // false
    // 單例模式
    Sheep sheep3 = (Sheep)context01.getBean("sheep02") ;
    Sheep sheep4 = (Sheep)context01.getBean("sheep02") ;
    System.out.println(sheep3==sheep4); // true
}

3、核心源碼

• 所在類：org.springframework.beans.factory.support.AbstractBeanFactory
• 所在方法：doGetBean

1)、執行流程

if (mbd.isSingleton()) {
    sharedInstance = this.getSingleton(beanName, new ObjectFactory<Object>() {
        public Object getObject() throws BeansException {
            try {
                return AbstractBeanFactory.this.createBean(beanName, mbd, args);
            } catch (BeansException var2) {
                AbstractBeanFactory.this.destroySingleton(beanName);
                throw var2;
            }
        }
    });
    bean = this.getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
} else if (mbd.isPrototype()) {
    var11 = null;
    Object prototypeInstance;
    try {
        this.beforePrototypeCreation(beanName);
        prototypeInstance = this.createBean(beanName, mbd, args);
    } finally {
        this.afterPrototypeCreation(beanName);
    }
    bean = this.getObjectForBeanInstance(prototypeInstance, name, beanName, mbd);
} 

2)、單例多例判斷

所以默認就是單例模式，指定[scope="prototype"]就是原型模式。

public boolean isSingleton() {
    return "singleton".equals(this.scope) || "".equals(this.scope);
}
public boolean isPrototype() {
    return "prototype".equals(this.scope);
}

三、深淺拷貝

1、淺拷貝

1) 數據類型是基本數據類型、String類型的成員變量，淺拷貝直接進行值傳遞，也就是將該屬性值複製一份給新的對象。
2) 數據類型是引用數據類型的成員變量，比如說成員變量是數組、類的對象等，淺拷貝會進行引用傳遞，也就是隻是將該成員變量的引用值（內存地址）複製一份給新的對象。實際上兩個對象的成員變量都指向同一個實例。修改其中一個對象屬性會影響到另一個對象的屬性。
3) 淺拷貝是使用默認的 clone()方法來實現。

2、深拷貝

1)、概念描述

除了淺拷貝要拷貝的值外，還負責拷貝引用類型的數據。那些引用其他對象的變量將指向被複制過的新對象，而不再是原有的那些被引用的對象，這種對被引用到的對象的複製叫做間接複製。

2)、源代碼實現

序列化實現深度克隆

對象寫到流裏的過程是序列化(Serialization)過程；而把對象從流中讀出來的過程則叫反序列化(Deserialization)過程。應當指出的是，寫到流裏的是對象的一個拷貝，而原對象仍然存在於JVM裏面。

在Java語言裏深度克隆一個對象，常常可以先使對象實現Serializable接口，然後把對象（實際上只是對象的拷貝）寫到一個流裏（序列化），再從流裏讀回來（反序列化），便可以重建對象。

/**
 * 深拷貝和淺拷貝對比案例
 */
public class C02_DeepClone {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Dog dog = new Dog("Tom") ;
        Dog dog1 = (Dog)dog.clone() ;
        Dog dog2 = (Dog)dog.clone() ;
        // dog1：1639622804;dog2：1639622804
        System.out.println("dog1："+dog1.cat.hashCode()+";dog2："+dog2.cat.hashCode());
        Dog dog3 = (Dog)dog.deepClone() ;
        Dog dog4 = (Dog)dog.deepClone() ;
        // dog3：1937348256;dog4：1641808846
        System.out.println("dog3："+dog3.cat.hashCode()+";dog4："+dog4.cat.hashCode());
    }
}

class Cat implements Serializable {
    public String name ;
    public Cat (String name){
        this.name = name ;
    }
}
class Dog implements Cloneable,Serializable {
    public String name ;
    public Cat cat ;
    public Dog (String name){
        this.name = name ;
        this.cat = new Cat("Kit") ;
    }
    @Override
    protected Object clone() {
        Dog dog = null ;
        try{
            dog = (Dog)super.clone() ;
        } catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        return dog ;
    }
    public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException{
        //將對象寫到流裏面：序列化
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
        oos.writeObject(this);
        //從流裏面讀出對象：反序列化
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
        return ois.readObject();
    }
}

四、優缺點總結

1、優點總結

原型模式允許在運行時動態改變具體的實現類型。原型模式可以在運行期間，由客戶來註冊符合原型接口的實現類型，也可以動態地改變具體的實現類型，看起來接口沒有任何變化，但其實運行的已經是另外一個類實例了。因爲克隆一個原型就類似於實例化一個類。

2、缺點總結

原型模式最主要的缺點是每一個類都必須配備一個克隆方法。配備克隆方法需要對類的功能進行通盤考慮，這對於全新的類來說不是很難，而對於已經有的類不一定很容易，特別是當一個類引用不支持序列化的間接對象，或者引用含有循環結構的時候。

五、源代碼地址

GitHub·地址
https://github.com/cicadasmile/model-arithmetic-parent
GitEE·地址
https://gitee.com/cicadasmile/model-arithmetic-parent