[Java知识库]设计模式-创建型模式-原型（Prototype）模式及Java中原型模式的更多实现方式

1、前言

当需要克隆100个名称为Dolly 年龄 1的羊，以往的写法都是直接new 100个Sheep对象；

public class PrototypeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 克隆100个 名称为Dolly 年龄 1；
        Sheep dolly1 = new Sheep("Dolly", 1);
        Sheep dolly2 = new Sheep("Dolly", 1);
        Sheep dolly3 = new Sheep("Dolly", 1);
        Sheep dolly4 = new Sheep("Dolly", 1);
        // ...
        Sheep dolly100 = new Sheep("Dolly", 1);
    }
    @Data
    static
    class Sheep {
        private String name;

        private int age;
    
        public Sheep (String name,int age){
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    }
}

• 优点
  • 代码直观，易于理解
• 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

2、什么是原型模式

原型模式（Prototype Pattern）通过拷贝这些原型，创建新的对象，是用于创建重复的对象，同时又能保证性能。原型模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

原型模式是实现了一个原型接口，该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时，则采用这种模式。

Java中Object类提供了一个clone()方法，该方法可以将一个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

• 原型模式的实例的拷贝包括

  • 浅复制：将一个对象复制后，其基本数据类型的变量都会重新创建，而引用类型的变量指向的还是原对象所指向的，也就是指向的内存堆地址没变。
  • 深复制：将一个对象复制后，不论是基本数据类型还是引用类型，都是重新创建的

• 通过实现Cloneable接口，Java默认的实现方式是浅复制，而非深复制。由于Object并没有实现Cloneable接口，所以子类必须实现Cloneable，并调用基类的clone方法才能实现浅复制。

3、原型模式实现

/**
 * 原型模式
 * @author liushiwei
 */
public class PrototypeDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        prototype();
    }
    private static void prototype() throws Exception {

        ArrayList arrayList = new ArrayList();
        arrayList.add("foreFoot");
        Sheep dolly1 = new Sheep("Dolly", 1,arrayList);
        // 对象深拷贝
        Sheep dolly2 = (Sheep)dolly1.clone();
        ArrayList list = dolly2.getListFoot();
        list.add("hindFoot2");

        // 序列化的方式深拷贝
        Sheep dolly3 = (Sheep)dolly1.deepClone();
        ArrayList list3 = dolly3.getListFoot();
        list3.add("hindFoot3");

        System.out.println(dolly1 == dolly2);
        // 验证是拷贝类型，结果浅拷贝
        System.out.println("dolly1.list="+dolly1.getListFoot());
        System.out.println("dolly2.list="+dolly2.getListFoot());
        System.out.println("dolly3.list="+dolly3.getListFoot());
    }

    private static void tradition() {
        // 克隆100个 名称为Dolly 年龄 1；
        Sheep dolly1 = new Sheep("Dolly", 1,null);
        Sheep dolly2 = new Sheep("Dolly", 1,null);
        Sheep dolly3 = new Sheep("Dolly", 1,null);
        Sheep dolly4 = new Sheep("Dolly", 1,null);
        // ...
        Sheep dolly100 = new Sheep("Dolly", 1,null);
    }

}

public class Sheep implements Cloneable, Serializable {

    private String name;

    private int age;

    private ArrayList listFoot;

    public Sheep (){

    }

    public Sheep (String name,int age,ArrayList listFoot){
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.listFoot = listFoot;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public ArrayList getListFoot() {
        return listFoot;
    }

    public void setListFoot(ArrayList listFoot) {
        this.listFoot = listFoot;
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Sheep sheep = (Sheep)super.clone();
        // 对listFoot深拷贝
        sheep.listFoot = (ArrayList) this.listFoot.clone();

        return sheep;
    }

    /**
     * 通过序列化的方式 深拷贝
     * @return
     */
    protected Object deepClone() throws Exception{

        //把对象写入到字节流中
        ByteArrayOutputStream baos =new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(baos);
        oos.writeObject(this);

        //把字节流转化为对象
        ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bais);
        return (Sheep) ois.readObject();
    }

}

4、原型模式优缺点

• 原型模式的优点：

  • 提高了创建对象的性能，避免了调用构造器创建对象。

  • 对于创建一个对象需要很多资源的情况，可以减少资源的浪费。

• 原型模式的缺点：

  • 如果使用Cloneable接口的方式，需要实现Cloneable接口，对代码有一定的侵入性。

  • 如果使用序列化方式，则需要实现Serializable接口，对代码也有一定的侵入性。

5、原型模式的更多实现

• Spring

  Sheep dolly4 = new Sheep();
  BeanUtils.copyProperties(dolly1,dolly4);
  ArrayList list4 = dolly4.getListFoot();
  list4.add("hindFoot4");
  System.out.println("list4.list="+dolly4.getListFoot());
  

• fastjson
  • 通过JSONObject.parseObject方法实现