4.java设计模式之原型模式
基本需求
- 有一个Sheep类的对象,我们现在需要创建100个和该对象属性完全一致的对象
传统方式
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使用new关键字创建100个对象,将这一百个对象属性使用原型的get方法进行复制
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代码实现
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// Sheep类 @Data @ToString @NoArgsConstructor @AllArgsConstructor public class Sheep { private String name; private int age; } // Client public static void main(String[] args) { Sheep sheep = new Sheep("zhangsan", 20); // 传统方式 Sheep sheep1 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge()); // ...... System.out.println(sheep1); }
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缺陷及改进
- 容易理解好操作,使用时需要频繁获取原型对象的属性,如果原型对象复杂,则效率很低,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
- 使用java基类中Object的clone()方法,可以复制对象,需要类实现Cloneable接口,该接口表示该类有复制能力,也就是原型模式
基本介绍
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创建重复的对象,同时又能保证性能。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式。这种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。例如,一个对象需要在一个高代价的数据库操作之后被创建。我们可以缓存该对象,在下一个请求时返回它的克隆,在需要的时候更新数据库,以此来减少数据库调用
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实现方式:实现Cloneable接口,复写clone()方法或通过序列化,原型模式同样用于隔离类对象的使用者和具体类型(易变类)之间的耦合关系,它同样要求这些"易变类"拥有稳定的接口
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优缺点:
- 性能提高,逃避构造函数的约束
- 配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑,这对于全新的类不是很难,但对于已有的类不一定很容易,特别当一个类引用不支持串行化的间接对象,或者引用含有循环结构的时候
- 必须实现 Cloneable 接口
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使用场景:
- 资源优化场景、类初始化需要消化非常多的资源,这个资源包括数据、硬件资源等
- 性能和安全要求的场景、通过new产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限,则可以使用原型模式
- 一个对象多个修改者的场景、一个对象需要提供给其他对象访问,而且各个调用者可能都需要修改其值时,可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用
- 在实际项目中,原型模式很少单独出现,一般是和工厂方法模式一起出现,通过 clone 的方法创建一个对象,然后由工厂方法提供给调用者
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UMl类图
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代码实现
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@Data @ToString @NoArgsConstructor @AllArgsConstructor public class Sheep implements Serializable, Cloneable { private String name; private int age; // 默认的super.clone()实现的浅拷贝,即对于基本类型和字符串拷贝直接赋值,对于引用类型的直接拷贝的引用(并没有重新创建该内部的对象) private Friend friend; @Override protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { // 如果没有实现Cloneable接口 调用该方法会抛出CloneNotSupportedException异常 return super.clone(); } } public class Client { public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException { Friend friend = new Friend("666"); Sheep sheep = new Sheep("zhangsan", 23, friend); // 使用默认clone方法 采用的是浅拷贝 Sheep sheep1 = (Sheep) sheep.clone(); Sheep sheep2 = (Sheep) sheep.clone(); System.out.println(sheep1.toString()); System.out.println(sheep2.toString()); // 结果是true 说明clone出来的sheep1和sheep2中引用的是同一Friend对象,并没有将Friend对象再克隆一份,是浅拷贝 // 深拷贝则是将Friend对象再克隆一份,sheep1和sheep2中引用的不是同一Friend对象 结果为false System.out.println(sheep1.getFriend() == sheep2.getFriend()); } }
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spring源码
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在spring中AbstractBeanFactory类中doGetBean()方法中有使用到原型模式,配置bean标签时,有个属性为Scope
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if (mbd.isSingleton()) { sharedInstance = this.getSingleton(beanName, () -> { try { return this.createBean(beanName, mbd, args); } catch (BeansException var5) { this.destroySingleton(beanName); throw var5; } }); bean = this.getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd); // 此处判断了是否使用了prototype } else if (mbd.isPrototype()) { var11 = null; Object prototypeInstance; try { this.beforePrototypeCreation(beanName); prototypeInstance = this.createBean(beanName, mbd, args); } finally { this.afterPrototypeCreation(beanName); } }
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浅拷贝和深拷贝
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默认的super.clone()实现的浅拷贝,即对于基本类型和字符串拷贝直接赋值,对于引用类型的直接拷贝的引用(并没有重新创建该内部的对象)
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深拷贝则是将对象内部引用类型的属性会创建新的对象,使用的不是同一个对象
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深拷贝实现方式
- 重写clone()方法,需要实现Cloneable接口
- 使用序列化,需要实Serializable
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代码实现
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// Sheep 类 重写clone方法 和 增加deepClone方法 @Data @ToString @NoArgsConstructor @AllArgsConstructor public class Sheep implements Serializable, Cloneable { private String name; private int age; // 默认的super.clone()实现的浅拷贝,即对于基本类型和字符串拷贝直接赋值,对于引用类型的直接拷贝的引用(并没有重新创建该内部的对象) private Friend friend; @Override protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { // 如果没有实现Cloneable接口 调用该方法会抛出CloneNotSupportedException异常 // return super.clone(); // 实现深拷贝方式一 重写clone方法 此种方法不好用 // 如果最外层对象有多个引用类型的属性,则每个引用属性都要进行克隆,很麻烦 // 如果层对象内部引用类型的属性仍然有引用类型的属性,则需要多层克隆,不易实现 // 1.先浅拷贝最外层的对象 Sheep sheep = (Sheep) super.clone(); // 2.再拷贝外层对象内部引用类型的属性 if (null != sheep.getFriend()) { sheep.setFriend((Friend) sheep.getFriend().clone()); } return sheep; } public Object deepClone() { // 实现深拷贝方式二 序列化方式 ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = null; ObjectOutputStream objectOutputStream = null; ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = null; ObjectInputStream objectInputStream = null; try { byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream(); objectOutputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream); // 将当前对象写入到字节数组流中 objectOutputStream.writeObject(this); byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray()); objectInputStream = new ObjectInputStream(byteArrayInputStream); // 从字节数组流中读取对象并返回 return (Sheep) objectInputStream.readObject(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); return null; } finally { try { objectInputStream.close(); byteArrayInputStream.close(); objectOutputStream.close(); byteArrayOutputStream.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } }
注意事项
- 创建新的对象比较复杂时,可以利用原型模式简化对象的创建过程,同时也能够提高效率
- 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(增加或者减少属性),其它克隆对象的也会发生相应的变化,无需修改代码
- 在实现深克隆的时候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ocp原则