设计模式 原型模式 与 Spring 原型模式源码解析(包含Bean的创建过程)

原型模式

原型模式(Prototype模式)是指：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型，创建新的对象。

原型模式是一种创建型设计模式，允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，无需知道如何创建的细节。

工作原理是：通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象,这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝它们自己来实施创建，即对象.clone

克隆羊问题

现有一只羊，姓名：tom，年龄：1，颜色：白色。克隆5只属性完全相同的羊

传统方式实例 这里使用lombok简化代码

优点: 好理解，无脑操作，啪啪啪。

缺点:
在创建新对象时，总是需要重新获取原始对象的属性，如果创建的对象属性比较多时就贼麻烦。
总是重新初始化对象，而不是动态获取对象运行时的状态，不灵活。

改进思路:
Java中Object类是所有类的根类，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类必须实现一个接口Cloneable，改接口表示该类能够复制且具有复制的能力，即原型模式。

/*** @author LionLi*/
@Data
public class Sheep {private String name;private int age;private String color;public Sheep(String name, int age, String color) {this.name = name;this.age = age;this.color = color;}
}

/*** @author LionLi*/
public class Test {public static void main(String[] args) {//传统的方法Sheep sheep1 = new Sheep("tom", 1, "白色");Sheep sheep2 = new Sheep(sheep1.getName(), sheep1.getAge(), sheep1.getColor());Sheep sheep3 = new Sheep(sheep1.getName(), sheep1.getAge(), sheep1.getColor());Sheep sheep4 = new Sheep(sheep1.getName(), sheep1.getAge(), sheep1.getColor());Sheep sheep5 = new Sheep(sheep1.getName(), sheep1.getAge(), sheep1.getColor());System.out.println("sheep1:" + sheep1);System.out.println("sheep2:" + sheep2);System.out.println("sheep3:" + sheep3);System.out.println("sheep4:" + sheep4);System.out.println("sheep5:" + sheep5);}
}

浅拷贝与深拷贝

浅拷贝

对于数据类型是基本数据类型的成员变量，浅拷贝会直接进行值传递，也就是将该属性值复制一份给新的对象。

对于数据类型是引用数据类型的成员变量，比如说成员变量是某个数组、某个类的对象等，那么浅拷贝会进行引用传递，也就是只是将该成员变量的引用值（内存地址)复制一份给新的对象。

因为实际上两个对象的该成员变量都指向同一个实例。在这种情况下，在一个对象中修改该成员变量会影响到另一个对象的该成员变量值。

浅拷贝是使用默认的clone()方法来实现的，即sheep = super.clone();

深拷贝

复制对象的所有基本数据类型的成员变量值，为所有引用数据类型的成员变量申请存储空间，并复制每个引用数据类型成员变量所引用的对象，直到该对象可达的所有对象。

也就是说，对象进行深拷贝要对整个对象(包括对象的引用类型)进行拷贝

深拷贝实现方式1：重写clone方法来实现深拷贝

深拷贝实现方式2：通过对象序列化实现深拷贝(推荐)

原型模式(浅拷贝)

/*** 注意使用原型模式实现clone克隆方法必须实现 Cloneable 接口不然会报错** @author LionLi*/
@Data
public class Sheep implements Cloneable {private String name;private Integer age;private String color;public Sheep(String name, int age, String color) {this.name = name;this.age = age;this.color = color;}@Overrideprotected Sheep clone() {Sheep obj = null;try {obj = (Sheep) super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return obj;}}

/*** @author LionLi*/
public class Test {public static void main(String[] args) {// 原型浅克隆Sheep sheep1 = new Sheep("tom", 1, "白色");Sheep sheep2 = sheep1.clone();Sheep sheep3 = sheep1.clone();Sheep sheep4 = sheep1.clone();Sheep sheep5 = sheep1.clone();System.out.println(sheep1 == sheep2);System.out.println(sheep2 == sheep3);System.out.println(sheep3 == sheep4);System.out.println(sheep4 == sheep5);System.out.println(sheep5 == sheep1);}
}

运行结果 五个对象内存地址全都不一样 克隆成功

浅拷贝存在的问题

实体类中的对象 例如 Object List Map 等均为引用传递 浅拷贝是无法处理引用传递对象的

我们在Sheep中增加一个List对象 演示问题所在

/*** 注意使用原型模式实现clone克隆方法必须实现 Cloneable 接口不然会报错** @author LionLi*/
@Data
public class Sheep implements Cloneable {private String name;private Integer age;private String color;private List<String> strList;public Sheep(String name, int age, String color, List<String> strList) {this.name = name;this.age = age;this.color = color;this.strList = strList;}@Overrideprotected Sheep clone() {Sheep obj = null;try {obj = (Sheep) super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return obj;}}

/*** @author LionLi*/
public class Test {public static void main(String[] args) {// 原型浅克隆List<String> list = new ArrayList<>();list.add("测试1");list.add("测试2");Sheep sheep1 = new Sheep("tom", 1, "白色", list);Sheep sheep2 = sheep1.clone();System.out.println(sheep1 == sheep2);System.out.println(sheep1.getStrList() == sheep2.getStrList());}
}

测试结论 对于引用对象List的内存地址是想同的 克隆失败

深拷贝 方法一 重写clone方法

弊端: 编码复杂 存在硬编码 不利于扩展 改动较大

    @Overrideprotected Sheep clone() {Sheep obj = null;try {obj = (Sheep) super.clone();// 这里我们重新创建一个 List 对象 将所有数据 copy 到新对象内obj.setStrList(new ArrayList<>(strList));} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return obj;}

重新测试 发现引用对象List也克隆成功了

深拷贝 方法二 通过序列化/反序列化实现

首先 使用序列化需要实现JDK的序列化接口 Serializable 我们对实体类进行改造

这里我们讲述使用JDK自带方式进行序列化 也可以使用JSON工具进行序列化这里不多赘述

import java.io.Serializable;
import java.util.List;/*** @author LionLi*/
@Data
public class Sheep implements Serializable {private String name;private Integer age;private String color;private List<String> strList;public Sheep(String name, int age, String color, List<String> strList) {this.name = name;this.age = age;this.color = color;this.strList = strList;}}

然后对实体类增加serializableClone序列化克隆方法

    protected Sheep serializableClone() {// try-resources 写法 自动关闭流try (// 字节输出流ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();// 对象输出流ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos)) {// 将当前对象序列化为二进制输出到对象流内oos.writeObject(this);try (// 字节输入流ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());// 对象输入流ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis)) {// 从对象流读取二进制反序列化为对象return (Sheep) ois.readObject();}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();return null;}}

测试成功 Sheep对象与List对象均为不相等

原型模式的注意事项和细节

• 创建新对象比较复杂是，可以利用原型模式简化对象的创建过程，同时也能提高效率
• 不用重新初始化对象，而是动态地获得对象运行时的状态
• 如果原始对象发生变化，其它克隆对象也会发生相应的变化，无需修改代码
• 在实现深克隆时可能需要比较复杂的代码
• 缺点：需要为每一个类配备一个克隆方法，这对全新的类来说不是很难。但对已有的类进行改造时，需要修改其源代码，违背了开闭原则(OCP)。

Spring中原型模式应用

在 Spring 中原型 bean 的创建，就是使用得原型设计模式

// @Scope("singleton") // 单例模式 默认单例
@Scope("prototype") // 原型模式 每次注入都会创建一个新的
@Bean()
public Object obj() {return new Object();
}

找到 AbstractBeanFactory 这个是 BeanFactory Bean工厂的抽象工厂，我们找到 doGetBean 方法 这个是所有getBean的最终执行方法

不了解 BeanFactory 的请参考另一篇文章 Spring 的工厂模式 BeanFactory 是什么源码刨析

往下翻我们找到下方有个判断

然后我们进入到 createBean 方法实现
找到 AbstractAutowireCapableBeanFactory 此类为 AbstractBeanFactory 的下层抽象工厂实现 用于在执行 @Autowire 自动注入时查找或创建bean实例

我们找到 doCreateBean 方法 此方法是所有 createBean 方法的最终执行方法

进入 createBeanInstance 创建bean实例方法
找到最后两行查看逻辑

文章内容参考

Java设计模式——原型模式(实例)