设计模式之原型设计模式，对象拷贝

1.原型设计模式之浅拷贝

• 原型设计模式prototype

  • 是一种对象创建型模式，使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，主要用于创建重复的对象，同时又能保证性能
  • 工作原理：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自己来实现创建过程
  • 最简单的设计模式，实现一个接口Cloneable，重写clone()方法即完成原型模式

• 核心组成

  • Prototype：声明克隆方法的接口，是所有具体原型类的公共父类，Cloneable接口
  • ConcretePrototype：具体原型类
  • Client：让一个原型对象克隆自身从而创建一个新的对象

• 应用场景

  • 创建新对象成本较大，新的对象可以通过原型模式对已有对象进行复制来获得
  • 如果系统要保存对象的状态，做备份使用

• 浅拷贝代码示例

  import java.util.ArrayList;
  import java.util.List;
  
  class Person implements Cloneable {
      private String name;
      private List<String> list = new ArrayList<>();
  
      public String getName() {
          return name;
      }
  
      public void setName(String name) {
          this.name = name;
      }
  
      public List<String> getList() {
          return list;
      }
  
      public void setList(List<String> list) {
          this.list = list;
      }
  
      @Override
      public String toString() {
          return "Person{" +
                  "name='" + name + '\'' +
                  ", list=" + list +
                  '}';
      }
  
      @Override
      protected Person clone() throws CloneNotSupportedException {
          return (Person) super.clone();
      }
  }
  
  public class Main {
      public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
          Person zhangsan = new Person();
          zhangsan.setName("zhangsan");
          zhangsan.getList().add("aaa");
          System.out.println(zhangsan);
  
          Person zhangsan2 = zhangsan.clone();
          System.out.println(zhangsan2);
  
          zhangsan2.setName("zhangsan2");
          zhangsan2.getList().add("ccc");
          System.out.println(zhangsan);
          System.out.println(zhangsan2);
      }
  }
  

2.原型设计模式之深拷贝

• 浅拷贝遗留问题

  • 通过对一个类进行实例化来构造新对象，不同的是，原型模式是通过拷贝一个现有对象生成新对象
  • 浅拷贝实现Cloneable，深拷贝通过实现Serializable读取二进制流

• 浅拷贝

  • 如果原型对象的成员变量是基本数据类型（int、double、byte、boolean、char等），将复制一份给克隆对象
  • 如果原型对象的成员变量是引用类型，则将引用对象的地址复制一份给克隆对象，也就是说原型对象和克隆对象的成员变量指向相同的内存地址
  • 通过重写Object类的clone()方法可以实现浅克隆

• 深拷贝

  • 无论原型对象的成员变量是基本数据类型还是引用类型，都将复制一份给克隆对象，如果需要实现深克隆，可以通过序列化（Serializable）等方式来实现

• 原型模式是内存二进制流的拷贝，比new对象性能高很多，使用的时候记得注意是选择浅拷贝还是深拷贝

• 优点

  • 当创建新的对象实例较为复杂时，使用原型模式可以简化对象的创建过程，可以提高新实例的创建效率
  • 可辅助实现撤销操作，使用深克隆的方式保存对象的状态，使用原型模式将对象复制一份并将其状态保存起来，以便在需要的时候使用恢复到历史状态

• 缺点

  • 需要为每一个类配备一个克隆方法，对已有的类进行改造时，需要修改源代码，违背了“开闭原则”
  • 在实现深克隆时需要编写较为复杂的代码，且当对象之间存在多重的嵌套引用时，需要对每一层对象对应的类都必须支持深克隆

• 深拷贝代码示例

  import java.io.*;
  import java.util.ArrayList;
  import java.util.List;
  
  class Person implements Cloneable, Serializable {
      private String name;
      private List<String> list = new ArrayList<>();
  
      public String getName() {
          return name;
      }
  
      public void setName(String name) {
          this.name = name;
      }
  
      public List<String> getList() {
          return list;
      }
  
      public void setList(List<String> list) {
          this.list = list;
      }
  
      @Override
      public String toString() {
          return "Person{" +
                  "name='" + name + '\'' +
                  ", list=" + list +
                  '}';
      }
  
      @Override
      protected Person clone() throws CloneNotSupportedException {
          return (Person) super.clone();
      }
  
      /**
       * 深拷贝
       *
       * @return
       */
      public Person deepClone() {
          try {
              // 输出 序列化
              ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
              ObjectOutputStream outputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);
              outputStream.writeObject(this);
              // 输入 反序列化
              ObjectInputStream inputStream = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray()));
              Person copyObj = (Person) inputStream.readObject();
              return copyObj;
          } catch (Exception e) {
              e.printStackTrace();
              return null;
          }
      }
  }
  
  public class Main {
      public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
          Person zhangsan = new Person();
          zhangsan.setName("zhangsan");
          zhangsan.getList().add("aaa");
          System.out.println(zhangsan);
  
          Person zhangsan2 = zhangsan.deepClone();
          System.out.println(zhangsan2);
  
          zhangsan2.setName("zhangsan2");
          zhangsan2.getList().add("ccc");
          System.out.println(zhangsan);
          System.out.println(zhangsan2);
      }
  }