設計模式【5】-- 原型模式

秦怀杂货店發表於2021-12-11
設計模式原型

開局一張圖，剩下全靠寫...

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前言

接觸過 Spring 或者 Springboot 的同學或許都瞭解, Bean 預設是單例的，也就是全域性共用同一個物件，不會因為請求不同，使用不同的物件，這裡我們不會討論單例，前面已經討論過單例模式的好處以及各種實現，有興趣可以瞭解一下：http://aphysia.cn/archives/de...。除了單例以外，Spring還可以設定其他的作用域，也就是scope="prototype",這就是原型模式，每次來一個請求，都會新建立一個物件，這個物件就是按照原型例項建立的。

原型模式的定義

原型模式，也是建立型模式的一種，是指用原型例項指定建立物件的種類，並且通過拷貝這些原型建立新的物件，簡單來說，就是拷貝。一般適用於：

  • 例項比較複雜，完全建立成本高，直接複製比較簡單

  • 建構函式比較複雜，建立可能產生很多不必要的物件

    優點：

  • 隱藏了建立例項的具體細節
  • 建立物件效率比較高
  • 如果一個物件大量相同的屬性，只有少量需要特殊化的時候，可以直接用原型模式拷貝的物件，加以修改，就可以達到目的。

原型模式的實現方式

一般來說，原型模式就是用來複制物件的，那麼複製物件必須有原型類，也就是Prototype,Prototype需要實現Cloneable介面，實現這個介面才能被拷貝，再重寫clone()方法，還可以根據不同的型別來快速獲取原型物件。

我們先定義一個原型類Fruit：

public abstract class Fruit implements Cloneable{
    String name;
    float price;

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public float getPrice() {
        return price;
    }

    public void setPrice(float price) {
        this.price = price;
    }

    public Object clone() {
        Object clone = null;
        try {
            clone = super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return clone;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Fruit{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", price=" + price +
                '}';
    }
}

以及擴充了Fruit類的實體類Apple,Pear,Watermelon:

public class Apple extends Fruit{
    public Apple(float price){
        name = "蘋果";
        this.price = price;
    }
}
public class Pear extends Fruit{
    public Pear(float price){
        name = "雪梨";
        this.price = price;
    }
}
public class Watermelon extends Fruit{
    public Watermelon(float price){
        name = "西瓜";
        this.price = price;
    }
}

建立一個獲取不同水果類的快取類，每次取的時候，根據不同的型別，取出來，拷貝一次返回即可：

public class FruitCache {
    private static ConcurrentHashMap<String,Fruit> fruitMap =
            new ConcurrentHashMap<String,Fruit>();
    static {
        Apple apple = new Apple(10);
        fruitMap.put(apple.getName(),apple);

        Pear pear = new Pear(8);
        fruitMap.put(pear.getName(),pear);

        Watermelon watermelon = new Watermelon(5);
        fruitMap.put(watermelon.getName(),watermelon);
    }

    public static Fruit getFruit(String name){
        Fruit fruit = fruitMap.get(name);
        return (Fruit)fruit.clone();
    }
}

測試一下，分別獲取不同的水果，以及對比兩次獲取同一種型別，可以發現，兩次獲取的同一種型別，不是同一個物件：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Fruit apple = FruitCache.getFruit("蘋果");
        System.out.println(apple);

        Fruit pear = FruitCache.getFruit("雪梨");
        System.out.println(pear);

        Fruit watermelon = FruitCache.getFruit("西瓜");
        System.out.println(watermelon);

        Fruit apple1 = FruitCache.getFruit("蘋果");
        System.out.println("是否為同一個物件" + apple.equals(apple1));
    }
}

結果如下：


Fruit{name='蘋果', price=10.0}
Fruit{name='雪梨', price=8.0}
Fruit{name='西瓜', price=5.0}
false

再測試一下，我們看看裡面的name屬性是不是同一個物件：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Fruit apple = FruitCache.getFruit("蘋果");
        System.out.println(apple);

        Fruit apple1 = FruitCache.getFruit("蘋果");
        System.out.println(apple1);
        System.out.println("是否為同一個物件：" + apple.equals(apple1));
        System.out.println("是否為同一個字串物件：" + apple.name.equals(apple1.name));
    }
}

結果如下，裡面的字串確實還是用的是同一個物件：

Fruit{name='蘋果', price=10.0}
Fruit{name='蘋果', price=10.0}
是否為同一個物件：false
是否為同一個字串物件：true

這是為什麼呢？因為上面使用的clone()是淺拷貝！！！不過有一點，字串在Java裡面是不可變的，如果發生修改，也不會修改原來的字串，由於這個屬性的存在，類似於深拷貝。如果屬性是其他自定義物件，那就得注意了，淺拷貝不會真的拷貝該物件，只會拷貝一份引用。

這裡不得不介紹一下淺拷貝與深拷貝的區別：

  • 淺拷貝：沒有真正的拷貝資料，只是拷貝了一個指向資料記憶體地址的指標
  • 深拷貝：不僅新建了指標，還拷貝了一份資料記憶體

如果我們使用Fruit apple = apple1，這樣只是拷貝了物件的引用，其實本質上還是同一個物件，上面的情況雖然物件是不同的，但是Apple屬性的拷貝還屬於同一個引用,地址還是一樣的，它們共享了原來的屬性物件name。

那如何進行深拷貝呢？一般有以下方案：

  • 直接 new 物件，這個不用考慮了
  • 序列化與反序列化：先序列化之後，再反序列化回來，就可以得到一個新的物件，注意必須實現Serializable介面。
  • 自己重寫物件的clone()方法

序列化實現深拷貝

序列化實現程式碼如下：

建立一個Student類和School類：

import java.io.Serializable;

public class Student implements Serializable {
    String name;

    School school;

    public Student(String name, School school) {
        this.name = name;
        this.school = school;
    }
}
import java.io.Serializable;

public class School implements Serializable {
    String name;

    public School(String name) {
        this.name = name;
    }
}

序列化拷貝的類：

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;

public class CloneUtil {
    public static <T extends Serializable> T clone(T obj) {
        T result = null;
        try {
            ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);
            objectOutputStream.writeObject(obj);
            objectOutputStream.close();

            ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray());
            ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(byteArrayInputStream);
            // 返回生成的新物件
            result = (T) objectInputStream.readObject();
            objectInputStream.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return result;
    }
}

測試類：


public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        School school = new School("東方小學");
        Student student =new Student("小明",school);

        Student student1= CloneUtil.clone(student);
        System.out.println(student.equals(student1));
        System.out.println(student.school.equals(student1.school));
    }
}

上面的結果均是false，說明確實不是同一個物件，發生了深拷貝。

clone實現深拷貝

前面的Student和School都實現Cloneable介面，然後重寫clone()方法：


public class Student implements Cloneable {
    String name;

    School school;

    public Student(String name, School school) {
        this.name = name;
        this.school = school;
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Student student = (Student) super.clone();
        student.school = (School) school.clone();
        return student;
    }
}

public class School implements Cloneable {
    String name;

    public School(String name) {
        this.name = name;
    }

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

測試類：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        School school = new School("東方小學");
        Student student =new Student("小明",school);

        Student student1= (Student) student.clone();
        System.out.println(student.equals(student1));
        System.out.println(student.school.equals(student1.school));
    }
}

測試結果一樣，同樣都是false，也是發生了深拷貝。

總結

原型模式適用於建立物件需要很多步驟或者資源的場景，而不同的物件之間，只有一部分屬性是需要定製化的，其他都是相同的，一般來說，原型模式不會單獨存在，會和其他的模式一起使用。值得注意的是，拷貝分為淺拷貝和深拷貝，淺拷貝如果發生資料修改，不同物件的資料都會被修改，因為他們共享了後設資料。

【作者簡介】：
秦懷，公眾號【秦懷雜貨店】作者，技術之路不在一時，山高水長，縱使緩慢，馳而不息。個人寫作方向：Java原始碼解析，JDBC，Mybatis，Spring，redis，分散式，劍指Offer，LeetCode等，認真寫好每一篇文章，不喜歡標題黨，不喜歡花裡胡哨，大多寫系列文章，不能保證我寫的都完全正確，但是我保證所寫的均經過實踐或者查詢資料。遺漏或者錯誤之處，還望指正。

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