设计模式系列| 原型模式
大家好，我是狼王，一个爱打球的程序员
这是设计模式的第五篇，这篇让我们来认识一下原型模式
1、概述
原型模式是一种创建型设计模式， 使你能够复制已有对象，甚至是复杂对象， 而又无需使代码依赖它们所属的类。
原型模式将克隆过程委派给被克隆的实际对象。模式为所有支持克隆的对象声明了一个通用接口，该接口让你能够克隆对象， 同时又无需将代码和对象所属类耦合。通常情况下， 这样的接口中仅包含一个克隆方法。
2、适用场景
1）需要复制对象，而又想代码独立于这些对象所属的类。
2）只需要获取对象时，减少没必要的对象初始化，只需调用合适的对象的克隆方法。
3、实例
Java 的 Cloneable （克隆） 接口就是立即可用的原型模式。任何类都可通过实现该接口来实现可被克隆的性质。
此处需要区分概念：浅拷贝和深拷贝。后面结合代码对这两个词进行分析。
以下代码，Car的内部属性有Engine，在Car中实现Cloneable接口，重写Object的clone()方法：
@Data
public class Car implements Cloneable{
private int seats;
private Engine engine;
public Car(int seats, Engine engine) {
this.seats = seats;
this.engine = engine;
}
public void detail() {
System.out.println("the seats is :" + seats);
System.out.println("the engine is :" + engine);
}
@Override
public Car clone() throws CloneNotSupportedException{
return (Car) super.clone();
}
}
@Data
public class Engine {
/**
* 排量
*/
private final double volume;
/**
* 里程
*/
private double mileage;
public Engine(double volume, double mileage) {
this.volume = volume;
this.mileage = mileage;
}
}
测试类：
@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest(classes = TestApplication.class)
public class TestDemo {
@Test
public void test() throws CloneNotSupportedException {
Car car = new Car(2, new Engine(3.0, 0));
Car car1 = car.clone();
System.out.println("------------打印car------------");
car.detail();
System.out.println("------------打印car1------------");
car1.detail();
System.out.println("------------修改car的seats打印car------------");
car.setSeats(4);
car.detail();
System.out.println("------------修改car的seats打印car1------------");
car1.detail();
System.out.println("------------修改car的Engine打印car------------");
car.getEngine().setMileage(10000);
car.detail();
System.out.println("------------修改car的Engine打印car1------------");
car1.detail();
}
}
结果：
------------打印car------------
the seats is :2
the engine is :Engine(volume=3.0, mileage=0.0)
------------打印car1------------
the seats is :2
the engine is :Engine(volume=3.0, mileage=0.0)
------------修改car的seats打印car------------
the seats is :4
the engine is :Engine(volume=3.0, mileage=0.0)
------------修改car的seats打印car1------------
the seats is :2
the engine is :Engine(volume=3.0, mileage=0.0)
------------修改car的Engine打印car------------
the seats is :4
the engine is :Engine(volume=3.0, mileage=10000.0)
------------修改car的Engine打印car1------------
the seats is :2
the engine is :Engine(volume=3.0, mileage=10000.0)
4、分析
分析以上结果：
car1是通过car的clone()方法的得到的，其内部属性都相同。
当修改car的seats时，发现car的改变了，而car1的值没有改变。
当修改car的Engine属性对象时，car的改变了，而car1的也改变了。
造成car1中的Engine也被修改的原因：值引用和地址引用。
此处涉及到java内存模型的内容，这里先做简单的阐述，解释此问题：
每个Java线程都有一个私有Java虚拟机栈，与该线程同时创建。在虚拟机栈内，每个方法会生成一个栈帧。每个栈帧代表一次次的方法调用，一个方法的执行到执行完成的过程，代表栈帧从入栈到出栈的过程。
栈帧里面包含局部变量表，而局部变量表可以存储两种类型的值，包含原始类型和引用类型。对象中的对象就是在栈帧的局部变量表内存储的引用，这个引用指向堆中对象的指针，而相同的对象在堆中只会存在一个。
当两个对象同时引用一个对象时，实际引用的是堆中的同一个对象，当这个对象的值被修改，则所有引用此对象的对象中的值都会改变。
如何解决以上问题？
上面的方式称作浅拷贝。
实现深拷贝：在Engine中需要实现Cloneable接口，即重写clone方法，在Car的clone方法中，需要调用Engine的clone方法。
@Data
public class Engine implements Cloneable{
/**
* 排量
*/
private final double volume;
/**
* 里程
*/
private double mileage;
public Engine(double volume, double mileage) {
this.volume = volume;
this.mileage = mileage;
}
@Override
public Engine clone() throws CloneNotSupportedException {
Engine clone = (Engine) super.clone();
return clone;
}
}
public class Car implements Cloneable{
private int seats;
private Engine engine;
public Car(int seats, Engine engine) {
this.seats = seats;
this.engine = engine;
}
public void detail() {
System.out.println("the seats is :" + seats);
System.out.println("the engine is :" + engine);
}
@Override
public Car clone() throws CloneNotSupportedException{
Car car = (Car) super.clone();
car.engine = engine.clone();
return car;
}
}
执行结果：
------------打印car------------
the seats is :2
the engine is :Engine(volume=3.0, mileage=0.0)
------------打印car1------------
the seats is :2
the engine is :Engine(volume=3.0, mileage=0.0)
------------修改car的seats打印car------------
the seats is :4
the engine is :Engine(volume=3.0, mileage=0.0)
------------修改car的seats打印car1------------
the seats is :2
the engine is :Engine(volume=3.0, mileage=0.0)
------------修改car的Engine打印car------------
the seats is :4
the engine is :Engine(volume=3.0, mileage=10000.0)
------------修改car的Engine打印car1------------
the seats is :2
the engine is :Engine(volume=3.0, mileage=0.0)
上述结果中，只有car的engine被修改了，达到了深拷贝的效果。
5、总结
最后总结下上面例子中使用原型模式的优缺点：
优点：
1）克隆对象，不需要关注其相关联的类，比如Car中的Engine。
2）减少反复的初始化代码。
3）对于复杂的对象，相对更加容易生成。
4）可以通过复制对象，来减少继承的关系。
缺点：
注意深、浅拷贝的问题，涉及多层引用的对象时实现较复杂。
腾讯云开发者
