五分鐘 掌握 原型模式

大家好，我是老田，今天我要跟大家分享設計模式中的原型模式 #。用貼切的生活故事，以及真實專案場景來講設計模式，最後用一句話來總結這個設計模式。

故事

#還記得大四那年找工作，無意中我得從網路上找到一份相對漂亮的程式設計師履歷模板，然後全班同學開啟瘋狂的履歷拷貝（U盤）。同時也鬧出了一個笑話，有幾位同學，拷貝過去的履歷，內容完全沒改，名字都沒有改，截止投給面試官（校招面試官）。後來，結果大家也應該可以猜出來，大家都去實習了，部分人還在找工作。 後面公司面試官和同伴的其他同學回饋：收到一毛一樣的履歷，好幾份，回來大家一聊就知道問題出哪裡了，承認了自己拷貝過去完全沒改就拿出去投了，害，尷尬的一匹。

把履歷拷貝分成為兩種：

• 一種是拷貝履歷，然後把資訊修改成自己的
• #另外一種是，拷貝履歷，內容什麼都不改。

原型模式定義

Specify the kinds of objects to create using a prototype instance ,and create new objects by coping this prototype

大致意思：用原型實例指定創建物件的種類，並且透過複製這些原型創建新的物件。

原型模式：Prototype Pattern，屬於創建型模式。

呼叫者不需要知道任何建立細節，也不用呼叫建構方法來建立物件。

使用場景

#原型模式有以下使用場景：

• 類別初始化消耗資源較多
• new產生的一個物件需要非常繁瑣的過程（資料準備、存取權限等）
• 建構函數比較複雜
• 循環體內產生大量物件時
• 在Spring中，原型模式應用的非常廣泛，例如:scope='prototype'

我們可以將一些getter和setter之類封裝成一個工廠方法，然後對於使用的人來說，呼叫方法就可以了，不需要知道裡面的getter和setter是怎麼處理的。我們也可以使用JDK提供的實作Cloneable接口，實作快速複製。

建立物件的四種方式：

new、反射、複製、序列化

實際案例

大家是否有遇過這種常見，就是專案中規定，不能把與資料庫表映射的entity類別回傳給前端，所以通常回傳給前端的有各種O，例如：XxxVO、XxxBO、XxxDTO...

這時候就會出現下面的場景，大家也想已經​​猜到了。

下面是與資料庫表格對應的UserEntity實體類別。

public class UserEntity {
    private Long id;
    private String name;
    private Integer age;
    //....可能还有很多属性
    //省略getter setter
}

傳回給前端或呼叫方的UserVO實體類別。

public class UserVO {
    private Long id;
    private String name;
    private Integer age;
    //....可能还有很多属性
    //省略getter setter
}

此時，從資料庫查出來的UserEntity需要轉換成UserVO，然後再回傳給前端（或呼叫方）。

public class ObjectConvertUtil {

    public static UserVo convertUserEntityToUserVO(UserEntity userEntity) {
        if (userEntity == null) {
            return null;
        }
        UserVo userVo = new UserVo();

        userVo.setId(userEntity.getId());
        userVo.setName(userEntity.getName());
        userVo.setAge(userEntity.getAge());
         //如果还有更多属性呢？
        return userVo;
    }
}

从这个util类中，我们可以看出，如果一个类的属性有几十个，上百个的，这代码量是不是有点恐怖？

于是，我们通常都会使用一些工具类来处理，比如常见有以下：

BeanUtils.copy();
JSON.parseObject()
Guava工具类
.....

这些工具类就用到了原型模式。

通过一个对象，创建一个新的对象。

也把原型模式称之为对象的拷贝、克隆。

其实对象的克隆分浅克隆和深克隆，下面我们就来聊聊浅克隆和深克隆。

• 浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原来对象的属性所指向的对象的内存地址。
• 深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址。

我们先来聊聊浅克隆，都喜欢由浅入深。

浅克隆

比如，我现在相对用户信息User进行克隆，但是User中有用户地址信息UserAddress属性。

以下是代码的实现：

//用户地址信息
public class UserAddress  implements Serializable{
    private String province;
    private String cityCode;

    public UserAddress(String province, String cityCode) {
        this.province = province;
        this.cityCode = cityCode;
    }
}
//用户信息
public class User implements Cloneable {
    private int age;
    private String name;
    //用户地址信息
    private UserAddress userAddress;

    //getter setter 省略

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 
        return super.clone();
    }
}
//测试
public class UserTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        User user = new User();
        user.setAge(20);
        user.setName("田维常");
        UserAddress userAddress = new UserAddress("贵州", "梵净山");
        user.setUserAddress(userAddress);

        User clone = (User) user.clone();

        System.out.println("克隆前后UserAddress比较：" + (user.getUserAddress() == clone.getUserAddress()));
    }
}

输出结果

克隆前后 UserAddress 比较：true

两个对象属性 UserAddress 指向的是同一个地址。

这就是所谓的浅克隆，只是克隆了对象，对于该对象的非基本类型属性，仍指向原来对象的属性所指向的对象的内存地址。

关系如下：

深克隆

关于深克隆，我们来用一个很经典的案例，西游记里的孙悟空。一个孙悟空能变成n多个孙悟空，手里都会拿着一个金箍棒。

按照前面的浅克隆，结果就是：孙悟空倒是变成很多孙悟空，但是金箍棒用的是同一根。

深克隆的结果是：孙悟空变成了很多个，金箍棒也变成很多个根。

下面我们用代码来实现：

//猴子，有身高体重和生日
public class Monkey {
    public int height;
    public int weight;
    public Date birthday;
}

孙悟空也是猴子，兵器 孙悟空有个金箍棒：

import java.io.Serializable;
//孙悟空的金箍棒
public class JinGuBang implements Serializable{
    public float  h=100;
    public float  d=10;
    //金箍棒变大
    public void big(){
        this.h *=10;
        this.d *=10;
    }
    //金箍棒变小
    public void small(){
        this.h /=10;
        this.d /=10;
    }
}

齐天大圣孙悟空：

import java.io.*;
import java.util.Date;

//孙悟空有七十二变,拔猴毛生成一个金箍棒
//使用JDK的克隆机制，
//实现Cloneable并重写clone方法
public class QiTianDaSheng extends Monkey implements Cloneable, Serializable {

    public JinGuBang jinGuBang;

    public QiTianDaSheng() {
        this.birthday = new Date();
        this.jinGuBang = new JinGuBang();
    }

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

    //深克隆
    public QiTianDaSheng deepClone() {
        try {
            //内存中操作完成、对象读写，是通过字节码直接操作
            //与序列化操作类似
            ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
            oos.writeObject(this);

            ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ObjectInputStream bis = new ObjectInputStream(bais);

            //完成一个新的对象,底层是使用new创建的一个对象
            //详情可以了解readObject方法
            QiTianDaSheng qiTianDaSheng = (QiTianDaSheng) bis.readObject();
            //每个猴子的生日不一样，所以每次拷贝的时候，把生日改一下
            qiTianDaSheng.birthday = new Date();
            return qiTianDaSheng;
        } catch (Exception ex) {
            ex.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

    //浅克隆，就是简单的赋值
    public QiTianDaSheng shalllowClone(QiTianDaSheng target) {
        QiTianDaSheng qiTianDaSheng = new QiTianDaSheng();
        qiTianDaSheng.height = target.height;
        qiTianDaSheng.weight = target.weight;

        qiTianDaSheng.jinGuBang = target.jinGuBang;
        qiTianDaSheng.birthday = new Date();
        return qiTianDaSheng;

    }
}

接着我们就来测试一下：

public class DeepCloneTest {
    public static void main(String[] args) {
        QiTianDaSheng qiTianDaSheng = new QiTianDaSheng();
        try {
            QiTianDaSheng newObject = (QiTianDaSheng) qiTianDaSheng.clone();
            System.out.print("深克隆后 ");
            System.out.println("金箍棒是否一直：" + (qiTianDaSheng.jinGuBang == newObject.jinGuBang));
            
        } catch (Exception ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
        
        QiTianDaSheng newObject=qiTianDaSheng.shalllowClone(qiTianDaSheng);
        System.out.print("浅克隆后 ");
        System.out.println("金箍棒是否一直：" + (qiTianDaSheng.jinGuBang == newObject.jinGuBang));
    }
}

输出结果为：

深克隆后 金箍棒是否一直：false
浅克隆后 金箍棒是否一直：true

结论

深克隆后每个孙悟空都有自己的金箍棒，而浅克隆后每个孙悟空用的金箍棒实质上还是同一根。

总结

切记：深和浅，指的是克隆对象里的属性（引用类型）是否指向同一个内存地址。

为了更深刻的理解深克隆和浅克隆，我们回答文中的简历拷贝的故事。

• 深拷貝：拷貝一份履歷，然後將履歷中的資訊進行修改成自己的
• 淺拷貝：拷貝一份履歷，履歷內容完全不變

優點：

• #Java 原型模式基於記憶體二進位流複製，比直接new 的效能會更好一些。
• 可以利用深克隆保存物件狀態，存一份舊的（克隆出來），在對其修改，可以充當一個撤銷功能。

缺點：

• #需要設定clone 方法，改造時需要對已有類別進行修改，違背「開閉原則」。
• 如果物件間存在多重巢狀參考時，每一層都需要實作複製。

我們從原型模式的定義，使用場景，真實案例、淺克隆、深克隆、優缺點等方面，對原型模式進行了一個全面的講解。

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