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一起學設計模式 - 原型模式

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摘要：原型模式是創建模式的一種，其作用是提高創建效率，減少計算機資源開銷，與工廠模式類似的是，都屏蔽了對象實例化的過程概述原型模式是模式的一種，其特點就是通過克隆拷貝的方式來，節約創建成本和資源，被拷貝的對象模型就稱之為原型。

原型模式（Prototype Pattern）是創建模式的一種，其作用是提高創建效率，減少計算機資源開銷，與工廠模式類似的是，都屏蔽了對象實例化的過程...

概述

原型模式是23GOF模式的一種，其特點就是通過克隆/拷貝的方式來，節約創建成本和資源，被拷貝的對象模型就稱之為原型。

舉例：在寫PPT的時候，大多情況下模板風格都是一致的，只是其中部分描述內容發生變化，這個時候你會選擇Ctrl+C/V還是新建一頁PPT一邊聽《從頭再來》一邊調整圖片和樣式？

JAVA中對原型模式提供了良好的支持，我們只需要實現Cloneable接口即可，它的目的就是將對象標記為可被復制

優點

簡化對象創建過程，通過拷貝的方式構建效率更高

可運行時指定動態創建的對象

缺點

需要實現 Cloneable接口，clone位于內部，不易擴展，容易違背開閉原則(程序擴展,不應該修改原有代碼)

默認的 clone 只是淺克隆，深度克隆需要額外編碼(比如：統一實現Cloneable接口，或者序列化方式，還有org.apache.commons:commons-lang3.SerializationUtils.java)

注意點

通過內存拷貝的方式構建出來的，會忽略構造函數限制

需要注意深拷貝和淺拷貝，默認Cloneable 是淺拷貝，只拷貝當前對象而不會拷貝引用對象，除非自己實現深拷貝

與單例模式沖突，clone是直接通過內存拷貝的方式，繞過構造方法

常用克隆不可變對象,如果你克隆的對象10個字段改9個還不如實例化算了

clone只是一個語法，非強制方法命名

很少多帶帶出現，常與工廠模式相伴

適用場景

常用在初始化步驟繁瑣，資源耗損嚴重的對象

案例 
案例一：淺拷貝
class Address {
    private String description;
    // 省略 Getter And Setter 
}
public class Customer implements Cloneable {

    private int id;
    private String name;
    private Address address;
    private List hobbies;

    // 省略 Getter And Setter 

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

    @Override
    public String toString() {
        return "Customer{" +
                "id=" + id +
                ", name="" + name + """ +
                ", address=" + address +
                ", hobbies=" + hobbies +
                ",  customer-hashCode=" + this.hashCode() +
                ",  address-hashCode=" + this.address.hashCode() +
                "}";
    }
}

public class PrototypeDemo {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        List hobbies = new ArrayList<>();
        hobbies.add("籃球");
        hobbies.add("足球");
        Customer original = new Customer(1, "淘寶客戶-1", new Address("上海市"), hobbies);
        Customer cloned = original.clone();
        System.out.println("http:////////////////////////////////////////////////// 修改前原始信息信息 - 開始 //////////////////////////////////////////////////");
        System.out.println("原始信息：" + original.toString());
        System.out.println("拷貝信息：" + cloned.toString());
        System.out.println("http:////////////////////////////////////////////////// 修改前原始信息信息 - 結束 //////////////////////////////////////////////////

");
    }
}

分析： 從日志中可以發現，我們無需通過new Object()的方式去實例化對象，而是調用Object.clone()同樣可以，Customer的hashCode也發生了改變，由此可以推斷出它們的引用已經發生變化了，但是Address的hashCode一模一樣，前面說到過Cloneable是淺克隆的，并不會拷貝其它引用對象

////////////////////////////////////////////////// 修改前原始信息信息 - 開始 //////////////////////////////////////////////////
原始信息：Customer{id=1, name="淘寶客戶-1", address=Address{description="上海市"}, hobbies=[籃球, 足球],  customer-hashCode=460141958,  address-hashCode=1163157884}
拷貝信息：Customer{id=1, name="淘寶客戶-1", address=Address{description="上海市"}, hobbies=[籃球, 足球],  customer-hashCode=1956725890,  address-hashCode=1163157884}
////////////////////////////////////////////////// 修改前原始信息信息 - 結束 //////////////////////////////////////////////////

案例二：淺拷貝
public class PrototypeDemo {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        List hobbies = new ArrayList<>();
        hobbies.add("籃球");
        hobbies.add("足球");
        Customer original = new Customer(1, "淘寶客戶-1", new Address("上海市"), hobbies);
        Customer cloned = original.clone();

        System.out.println("http:////////////////////////////////////////////////// 修改后原始信息信息 - 開始 //////////////////////////////////////////////////");
        original.setName("淘寶客戶-2");
        original.getHobbies().add("音樂");
        System.out.println("原始信息：" + original.toString());
        System.out.println("拷貝信息：" + cloned.toString());
        System.out.println("http:////////////////////////////////////////////////// 修改后原始信息信息 - 結束 //////////////////////////////////////////////////

");
    }
}

分析： Customer本身的屬性值修改與原始對象并不沖突，它們都是各自一份，但集合類型修改后，克隆對象輸出的與原始對象如出一轍，不難發現Cloneable的淺克隆范圍只支持基本類型

////////////////////////////////////////////////// 修改后原始信息信息 - 開始 //////////////////////////////////////////////////
原始信息：Customer{id=1, name="淘寶客戶-2", address=Address{description="上海市"}, hobbies=[籃球, 足球, 音樂],  customer-hashCode=460141958,  address-hashCode=1163157884}
拷貝信息：Customer{id=1, name="淘寶客戶-1", address=Address{description="上海市"}, hobbies=[籃球, 足球, 音樂],  customer-hashCode=1956725890,  address-hashCode=1163157884}
////////////////////////////////////////////////// 修改后原始信息信息 - 結束 //////////////////////////////////////////////////
案例三：深淺拷貝命名？
class Address implements Cloneable {
    // Address 也實現 Cloneable
}

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


public class Customer implements Cloneable {

    // 重復代碼省略...

    protected Customer shallow() throws CloneNotSupportedException {
        return (Customer) super.clone();
    }

    protected Customer deep() throws CloneNotSupportedException {
        Customer clone = (Customer) super.clone();
        clone.setAddress(clone.getAddress().clone());
        return clone;
    }
}

public class PrototypeDemo {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

        System.out.println("http:////////////////////////////////////////////////// 半深淺克隆 - 開始 //////////////////////////////////////////////////");
        original.setAddress(new Address("北京市"));
        Customer shallow = original.shallow();
        System.out.println("淺克隆：" + shallow.toString());

        Customer deep = original.deep();
        original.setAddress(new Address("天津市"));
        original.getHobbies().add("電影");
        System.out.println("深克隆：" + deep.toString());
        System.out.println("http:////////////////////////////////////////////////// 半深淺克隆 - 結束 //////////////////////////////////////////////////

");
    }
}

分析： 我們定義了兩個非clone的方法名，同樣可以做到克隆特性，此時從deep()中可以看到修改原始的Address并沒有影響到現有的克隆對象，這是因為內部通過硬編碼的方式控制的，雖然引用的Address對象發生改變，但是List還是同一個引用，依舊做不到完全的深度克隆

////////////////////////////////////////////////// 半深淺克隆 - 開始 //////////////////////////////////////////////////
淺克隆：Customer{id=1, name="淘寶客戶-2", address=Address{description="北京市"}, hobbies=[籃球, 足球, 音樂],  customer-hashCode=356573597,  address-hashCode=1735600054}
深克隆：Customer{id=1, name="淘寶客戶-2", address=Address{description="北京市"}, hobbies=[籃球, 足球, 音樂, 電影],  customer-hashCode=21685669,  address-hashCode=2133927002}
////////////////////////////////////////////////// 半深淺克隆 - 結束 //////////////////////////////////////////////////
案例四：序列化實現深度克隆
class Address implements Cloneable,Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 783202091017893997L;

}
public class Customer implements Cloneable, Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 783202091017893997L;

    protected Customer deepCopy() throws Exception {
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(bos);
        out.writeObject(this);
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(bis);
        return (Customer) in.readObject();
    }
}

public class PrototypeDemo {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

        System.out.println("http:////////////////////////////////////////////////// 深淺克隆 - 開始 //////////////////////////////////////////////////");
        Customer deepCopy = original.deepCopy();
        original.setAddress(new Address("長沙市"));
        original.getHobbies().add("乒乓球");
        System.out.println("深克?。? + deepCopy.toString());

        System.out.println("http:////////////////////////////////////////////////// 深淺克隆 - 結束 //////////////////////////////////////////////////

");
    }
}

分析： 實現Serializable，通過序列化的方式與原始數據完全脫離關系，從而達到深度克隆效果，當然一般用SerializationUtils.clone(original)方式比我們自己寫的會更好


    org.apache.commons
    commons-lang3
    3.4

////////////////////////////////////////////////// 深淺克隆 - 開始 //////////////////////////////////////////////////
深克?。篊ustomer{id=1, name="淘寶客戶-2", address=Address{description="天津市"}, hobbies=[籃球, 足球, 音樂, 電影],  customer-hashCode=1020371697,  address-hashCode=789451787}
////////////////////////////////////////////////// 深淺克隆 - 結束 //////////////////////////////////////////////////
案例五：如何配合工廠模式使用？
這個簡單問題就留給讀者思考吧，歡迎探討交流，三人行必有我師!!!
總結

本章介紹了什么是原型模式以及使用它的優缺點，其模式在開發過程中幾乎用不上（反正我沒用到過，歡迎探討），但這并不能說明它是無用，存在即合理，設計模式不僅用作與JAVA軟件編程，更多情況下模式的作用是在某種程度下避免復雜的設計

- 說點什么

全文代碼：https://gitee.com/battcn/design-pattern/tree/master/Chapter3/battcn-prototype

個人QQ：1837307557

battcn開源群（適合新手）：391619659

微信公眾號：battcn（歡迎調戲）

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