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原型模式 ​

定义：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。调用者不需要关心创建细节，不调用构造方法

适用场景：

  1. 类初始化时消耗的资源较多
  2. new关键字产生的一个对象需要非常繁琐的过程（字段较多）
  3. 循环体中生产大量对象

优点：

  1. 性能优秀，JDK 自带的原型模式是基于 内存二进制流 的拷贝，比直接 new 一个对象性能上提升了许多

  2. 可以使用深克隆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，简化了创建过程

缺点：

  1. 必须配备 clone 方法和实现 Cloneable 接口

  2. 深克隆、浅克隆要运用得当

浅克隆写法 ​

java
@Data
public class ConcretePrototype implements Cloneable {
    private Integer id;
    private int age;
    private String name;
    private Gender gender;
    private List<String> hobbies;

    @Override
    public ConcretePrototype clone() {
        try {
            return (ConcretePrototype) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}
java
@Data
public class Gender {
    private Integer id;
    private String name;
}
java
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Gender gender = new Gender();
        gender.setId(0);
        gender.setName("女性");
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("唱");
        list.add("跳");
        list.add("rap");

        ConcretePrototype prototype = new ConcretePrototype();

        prototype.setId(200);
        prototype.setAge(18);
        prototype.setName("张三");
        prototype.setGender(gender);
        prototype.setHobbies(list);

        ConcretePrototype cloneType = prototype.clone();
        Integer id = cloneType.getId();
        id = id + 300;
        cloneType.setId(id);
        cloneType.setAge(19);
        cloneType.setName("李四");
        final Gender gender1 = cloneType.getGender();
        gender1.setId(1);
        gender1.setName("男性");
        cloneType.getHobbies().add("打篮球");

        System.out.println(prototype);
        System.out.println(cloneType);
    }
}

ConcretePrototype(id=200, age=18, name=张三, gender=Gender(id=1, name=男性), hobbies=[唱, 跳, rap, 打篮球])

ConcretePrototype(id=500, age=19, name=李四, gender=Gender(id=1, name=男性), hobbies=[唱, 跳, rap, 打篮球])

浅克隆的特点

  • 基本数据类型及其包装类型和 String 克隆后修改不影响原来的对象
  • 引用数据类型修改后会影响原来的对象，存在被覆盖的风险，克隆时只是拷贝了引用的地址

深克隆写法 ​

使用序列化和反序列化的方法来克隆对象，这样会把引用类型的值也拷贝一份

java
@Data
public class ConcretePrototype implements Cloneable, Serializable {
    private Integer id;
    private int age;
    private String name;
    private Gender gender;
    private List<String> hobbies;

    @Override
    public ConcretePrototype clone() {
        try {
            ConcretePrototype clone = (ConcretePrototype) super.clone();
            return clone;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new AssertionError();
        }
    }

    public ConcretePrototype deepClone() {
        try {
            ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);
            objectOutputStream.writeObject(this);
            ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray());
            ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(byteArrayInputStream);
            return (ConcretePrototype) objectInputStream.readObject();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}
java
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Gender gender = new Gender();
        gender.setId(0);
        gender.setName("女性");
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("唱");
        list.add("跳");
        list.add("rap");

        ConcretePrototype prototype = new ConcretePrototype();

        prototype.setId(200);
        prototype.setAge(18);
        prototype.setName("张三");
        prototype.setGender(gender);
        prototype.setHobbies(list);

        ConcretePrototype cloneType = prototype.deepClone();
        Integer id = cloneType.getId();
        id = id + 300;
        cloneType.setId(id);
        cloneType.setAge(19);
        cloneType.setName("李四");
        final Gender gender1 = cloneType.getGender();
        gender1.setId(1);
        gender1.setName("男性");
        cloneType.getHobbies().add("打篮球");

        System.out.println(prototype);
        System.out.println(cloneType);
    }
}

ConcretePrototype(id=200, age=18, name=张三, gender=Gender(id=0, name=女性), hobbies=[唱, 跳, rap])

ConcretePrototype(id=500, age=19, name=李四, gender=Gender(id=1, name=男性), hobbies=[唱, 跳, rap, 打篮球])

通过把对象转成字节流再转成对象后，对象中的所有属性包括引用类型都被彻底复制了一份新的出来了，修改后不影响原来对象

原型模式在源码中的体现 ​

ArrayList ​

ArrayList 中的 clone 方法

先调用父类的 clone 方法创建了一个新的 ArrayList 对象

然后通过 Arrays 中的 copyOf 方法把原来数组中的内容重新创建并返回给新的 ArrayList

HashMap ​

HashMap 中的 clone 方法

先调用父类中的 clone 方法创建了一个新的 HashMap 对象

然后对新的 HashMap 对象重新初始化并把原有的内容重新存放到新的 HashMap 对象中