设计模式 原型模式

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设计模式

通过给定的原型对象，获取所要创建的对象类型，然后复制这个原型对象创建出更多同类型的对象。

1. 结构

  • 客户角色(Client)：客户类提出创建对象的请求。
  • 抽象原型角色(Prototype)：给出具体原型类需要的所有接口。
  • 具体原型角色(ConcretePrototype)：被复制的对象。

原型模式的关键在于如何实现克隆方法。

2. 应用

2.1. java clone()

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public class Object {
    
    protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;
    
    //...
}

java中，Object类提供一个clone()方法，可以将给定的对象克隆一份。需要注意的是这个类必须实现标识接口Cloneable，表示它可以被复制，否则将抛出一个CloneNotSupportedException异常。

3. 对象复制

  • 浅复制：被复制对象的所有变量都含有与原来对象相同的值，而所有的对其他对象的引用仍然指向原来的对象。
  • 深复制：被复制对象的所有变量都含有与原来对象相同的值，而所有的对其他对象的引用指向被复制过的新对象，但是深复制深入到多少层，是一个不易确定的问题。

3.1. java clone()

java中提供的clone()就是一个浅复制，比如：

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public class Bean implements Cloneable {

    public int value;

    public String name;

    public ArrayList<Bean> list;

    public Bean(int value, String name, ArrayList<Bean> list){
        this.value = value;
        this.name = name;
        this.list = list;
    }

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

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ArrayList<Bean> list = new ArrayList<>();
        list.add(new Bean(11, "c1", null));
        list.add(new Bean(12, "c2", null));

        Bean bean1 = new Bean(1, "name1", list);

        Bean bean2 = (Bean)bean1.clone();
        bean2.value = 2;
        bean2.name = "name2";
        bean2.list.add(new Bean(13, "c3", null));

        System.out.println(bean1);
        System.out.println(bean1.value + ", " + bean1.name + ", " + bean1.list); 
        System.out.println(bean2);
        System.out.println(bean2.value + ", " + bean2.name + ", " + bean2.list); 
    }
}
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demo.Bean@15db9742
1, name1, [demo.Bean@6d06d69c, demo.Bean@7852e922, demo.Bean@4e25154f]
demo.Bean@70dea4e
2, name2, [demo.Bean@6d06d69c, demo.Bean@7852e922, demo.Bean@4e25154f]

可以看出bean1和bean2中的list其实是同一个，可以重写clone()，将需要复制的引用对象也进行复制，这样就可以实现更深一层的复制了，但是引用对象中可能还会再有引用对象，它们并不会被复制，比如：

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public Object clone() throws CloneNotSupportedException{
    Bean bean = (Bean)super.clone();
    bean.list = (ArrayList<Bean>) list.clone();
    return bean;
}
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demo.Bean@15db9742
1, name1, [demo.Bean@6d06d69c, demo.Bean@7852e922]
demo.Bean@4e25154f
2, name2, [demo.Bean@6d06d69c, demo.Bean@7852e922, demo.Bean@70dea4e]

可以看出，虽然两个Bean中的list已经不是同一个，但是复制之后list中的Bean对象其实是一样的。

这个可以看下ArrayList中的clone()实现，它其实就是新建了一个实例，然后将之前数组中的元素拷贝了一份，因此上面Bean中的list在复制是只是换了个壳子，内容没有变化。

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public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, 
        RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
    
    //...

    public Object clone() {
        try {
            ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();
            v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
            v.modCount = 0;
            return v;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            // this shouldn't happen, since we are Cloneable
            throw new InternalError(e);
        }
    }
}

3.2. 序列化

如果要实现深复制，可以利用序列化：将对象写到流里，然后再把对象从流里读出来即实现一个对象的拷贝，而原来对象仍然存在于JVM中。

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public class Bean implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 8421891173574765485L;

    public int value;

    public String name;

    public ArrayList<Bean> list;

    public Bean(int value, String name, ArrayList<Bean> list){
        this.value = value;
        this.name = name;
        this.list = list;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ArrayList<Bean> list = new ArrayList<>();
        list.add(new Bean(11, "c1", null));
        list.add(new Bean(12, "c2", null));

        Bean bean1 = new Bean(1, "name1", list);

        //将对象写入流中
        ByteArrayOutputStream bao = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bao);
        oos.writeObject(bean1);

        //将对象从流中取出
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bao.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
        Bean bean2 = (Bean)ois.readObject();

        bean2.value = 2;
        bean2.name = "name2";
        bean2.list.add(new Bean(13, "c3", null));

        System.out.println(bean1);
        System.out.println(bean1.value + ", " + bean1.name + ", " + bean1.list); 
        
        Bean bean = bean1.list.get(0);
        System.out.println(bean.value + ", " + bean.name + ", " + bean.list); 
        
        System.out.println(bean2);
        System.out.println(bean2.value + ", " + bean2.name + ", " + bean2.list); 
        
        bean = bean2.list.get(0);
        System.out.println(bean.value + ", " + bean.name + ", " + bean.list); 
    }
}
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demo.Bean@55f96302
1, name1, [demo.Bean@7d4991ad, demo.Bean@74a14482]
11, c1, null
demo.Bean@14ae5a5
2, name2, [demo.Bean@7f31245a, demo.Bean@6d6f6e28, demo.Bean@135fbaa4]
11, c1, null

可以看出，通过序列化不仅将Bean中的list复制了，而且将list中的引用对象也进行复制了。


参考：

  1. 《java与模式》