原型设计模式

介绍

原型模式

在Java中,原型模式是一种创建型设计模式,它允许通过复制一个现有对象来创建一个新对象,而不是通过创建新的对象来初始化一个对象,原型模式是一种基于克隆的设计模式,通过复制现有对象的数据来创建新的对象.

原型模式需要实现Cloneable接口并重写Object类中的clone()方法,在重谢clone()方法时,需要调用super.clone()方法来创建一个新的对象,并复制原始对象中的所有属性.默认情况下,Java中的Object类提供的clone()方法会执行浅拷贝,如果原始对象中包含引用类型的成员变量,则需要进行深拷贝操作,以确保新对象中所有成员变量都是独立的.

深拷贝与浅拷贝

浅拷贝(Shallow Copy)会创建一个新的对象,该对象具有与原始对象相同的属性值.但是,如果原始对象包含对其他对象的引用,则新对象也将包含对相同对象的引用.换句话说,新对象仅仅是原始对象的一个副本,而不是独立的对象.

深拷贝(Deep Copy)则是创建一个新的对象,该对象具有与原始对象相同的属性值,但是它会递归的复制对象图中所有的对象,而不是只复制引用.换句话说,深拷贝会创建一个完全独立的新对象,该对象与原始对象没有任何关联.

区别:

• 对于基本数据类型,浅拷贝和深拷贝没有区别,因为基本数据类型在内存中储存为值.但是对于引用类型,浅拷贝和深拷贝会有不同的行为.浅拷贝只复制对象本身以及其中的基本数据类型成员,而不会复制引用类型成员.因此,如果原始对象中包含引用类型成员,浅拷贝得到的对象中的引用类型成员与原始对象中的相同,即两者指向同一块内存地址.而深拷贝则会递归的复制所有的引用类型成员,因此得到的对象中的引用类型成员与原始对象中的不同,即两者指向不同的内存地址.
• 浅拷贝速度相对较快,因为它只复制了对象本身以及其中的基本数据类型成员.而深拷贝速度相对较慢,因为它需要递归的复制所有引用类型成员.

应用场景:

• 浅拷贝通常用于快速创建对象副本,且原始对象中不包含引用类型成员的情况下,可以使用浅拷贝.比如,当需要多个对象共享某些状态时,可以使用浅拷贝来快速创建副本
• 深拷贝通常用于创建完全独立的对象,且原始对象中包含引用类型成员的情况下,可以使用深拷贝

浅拷贝示例代码

@Data
public class Person implements Cloneable{private String name;private int age;private Address address;public Person(String name, int age, Address address) {this.name = name;this.age = age;this.address = address;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}
}@Data
public class Address {private String city;private String street;public Address(String city, String street) {this.city = city;this.street = street;}
}

测试浅拷贝

package com.fanqiechaodan.prototype.copy.shollow;import com.alibaba.fastjson.JSON;/*** @author fanqiechaodan* @Classname Demo* @Description 浅拷贝* @Date 2023/3/10 18:59*/
public class Demo {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {Person person1 = new Person("张三", 18, new Address("上海", "南京路"));Person person2 = (Person) person1.clone();System.out.println(JSON.toJSONString(person1));System.out.println(JSON.toJSONString(person2));System.out.println("浅拷贝后:");person1.getAddress().setCity("南京");System.out.println(JSON.toJSONString(person1));System.out.println(JSON.toJSONString(person2));}
}

深拷贝示例代码

@Data
public class Person implements Serializable {private String name;private int age;private Address address;public Person(String name, int age, Address address) {this.name = name;this.age = age;this.address = address;}@Overrideprotected Object clone() {try {ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);oos.writeObject(this);ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);return ois.readObject();} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();}return null;}
}@Data
public class Address implements Serializable {private String city;private String street;public Address(String city, String street) {this.city = city;this.street = street;}
}

测试深拷贝

package com.fanqiechaodan.prototype.copy.deep;import com.alibaba.fastjson.JSON;
import org.springframework.util.SerializationUtils;import java.io.IOException;/*** @author fanqiechaodan* @Classname Demo* @Description 深拷贝* @Date 2023/3/10 19:15*/
public class Demo {public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {Person person1 = new Person("张三", 18, new Address("上海", "南京路"));// 重写clone完成深拷贝Person person2 = (Person) person1.clone();// 使用工具类完成深拷贝Person person3 = (Person) SerializationUtils.deserialize(SerializationUtils.serialize(person1));System.out.println(JSON.toJSONString(person1));System.out.println(JSON.toJSONString(person2));System.out.println(JSON.toJSONString(person3));System.out.println("深拷贝后:");person1.getAddress().setCity("南京");System.out.println(JSON.toJSONString(person1));System.out.println(JSON.toJSONString(person2));System.out.println(JSON.toJSONString(person3));}
}

原型模式代码

原型类代码

@Data
public class Person implements Cloneable{private String name;private int age;private Address address;public Person(String name, int age, Address address) {this.name = name;this.age = age;this.address = address;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}
}@Data
public class Address {private String city;private String street;public Address(String city, String street) {this.city = city;this.street = street;}
}

测试

package com.fanqiechaodan.prototype;import com.alibaba.fastjson.JSON;/*** @author fanqiechaodan* @Classname Demo* @Description* @Date 2023/3/10 19:23*/
public class Demo {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {Person person1 = new Person("张三", 18, new Address("北京", "青年路"));Person person2 = (Person) person1.clone();System.out.println(JSON.toJSONString(person1));System.out.println(JSON.toJSONString(person2));}
}

需要注意的是,在使用Cloneable接口实现原型模式时,需要注意以下几点:

1. 要使用克隆方法,必须确保该对象实现了Cloneable接口.否则,在调用clone方法时会抛出CloneNotSupportedException异常
2. 调用clone方法返回的是一个浅拷贝对象,如果对象包含了引用类型的成员变量,那么这些成员变量依然会被多个对象共享.
3. 在实现clone方法时,需要注意对成员变量的处理,特别是对引用类型的成员变量的处理.如果需要实现深拷贝,可以通过重写clone方法来实现.

总结

优点:

• 减少了重复代码的编写,避免了创建大量相似对象的开销,提高了系统的性能.
• 可以动态的创建对象,而不是静态地在代码中定义,更加灵活.
• 简化了对象的创建过程,减少了不必要的参数传递.

缺点:

• 由于原型模式会复制对象,可能导致对象状态的改变,因此需要谨慎处理.
• 由于原型模式使用了克隆的方式创建对象,可能导致类的层次结构比较复杂.

应用场景:

• 当需要创建大量相似的对象时,使用原型模式可以大大减少对象创建的开销.
• 当对象的创建过程比较复杂,或者对象的状态会随着时间的推移而发生改变时,可以考虑使用原型模式.
• 当需要动态地创建对象时,可以使用原型模式.例如:在运行时动态创建新对象或者在数据库中读取对象并创建新对象.