把书读薄 | 《设计模式之美》设计模式与范式（创建型-原型模式）-一一网

0x0、引言

? 周末尝试戒游，抽空啃《设计模式之美》，本文对应设计模式与范式：创建型(47)，原型模式 (Prototype Pattern) ，创建型设计设计模式的最后一种。了解此模式的应用场景，深浅拷贝的区别即可，同样非常简单。

二手知识加工难免有所纰漏，感兴趣有时间的可自行查阅原文，谢谢。

0x1、定义与使用场景

又称 克隆模式，定义如下：

如果对象的 创建成本较大，且同一个类的不同对象间差别不大(大部分字段相同)的情况下，可以利用已有对象(原型)进行复制(或者叫拷贝、克隆)的方式来创建新的对象，以达到节省创建时间的目的。

简单点说就是以某个对象为原型，克隆出一个一模一样的对象，常见应用场景：

资源优化 (对象初始化需使用较多外部资源时，如IO、数据库、CPU，权限等);
复杂依赖 (依赖嵌套，A创建依赖B，B创建依赖C，一连串的对象get和set);
同一对象多个修改者 (多个对象的调用者都需要修改对象的值，克隆多个供使用其使用，保护性拷贝);
需保存原始对象状态 (如记录历史操作的场景，通过原型模式快速保存记录);
结合工厂模式使用 (定义统一的复制接口，如clone、copy，使用一个工厂来统一进行拷贝和新对象创建，然后由工厂方法提供给调用者使用)。

组成角色：

0x2、深浅拷贝

原型模式分为 浅拷贝 和 深拷贝 两种，浅拷贝只复制对象中基本数据类型和引用对象的内存地址，不会递归地复制引用对象，以及引用对象的引用对象…而深拷贝得到的则是一份完完整整独立的对象，所以，深拷贝更耗时和耗内存空间。

注：浅拷贝得到的对象和原始对象会共享部分数据，可能出现数据被修改的风险，故更适用于不可变对象。

很多开源框架和组件中都有原型模式的相关实现，并不一定非得从零去实现浅拷贝和深拷贝。下面以Java为例，讲解其中深浅拷贝相关的姿势~

① Java中==与equals的区别：

==：基本数据类型(int,long等) → 比较存储的值是否相等，引用型变量 → 比较所指向对象地址是否相等；
equals：不能用于比较基本数据类型，没有对equals()方法进行重写，默认比较指向的对象地址，若想比较对象内容，需自行重写此方法，做相应的判断。

② 克隆必须满足的三个条件

对任何对象x，都有 x.clone() != x，即不是同一对象；
对任何对象x，都有 x.clone().getClass == x.getClass()，即对象类型一致；
如果对象obj的equals()方法定义得当的话，obj.clone().equals(obj)应该是成立的(推荐，不强制);

③ Java中浅拷贝的实现方式

想被克隆的类实现 Cloneable 接口，重写 clone() 方法，验证代码示例如下(省略get、set方法)：

// 引用类型
public class Money {
    private String type;    // 币种

    public Money(String type) { this.type = type; }

    @Override
    public String toString() {
        return "Money{" + "type='" + type + '\'' + '}';
    }
}

// 原型类，实现Cloneable接口，重写clone方法
public class Assets implements Cloneable{
    private int amount;     // 数目
    private Money money;    // 币种
    private String kind;    // 资金种类

    public Assets(int amount, Money money, String kind) {
        System.out.println("执行了构造方法！");
        this.amount = amount;
        this.money = money;
        this.kind = kind;
    }

    @Override
    protected Object clone() {
        Assets assets = null;
        try {
            assets = (Assets)super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return assets;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Assets{" + "amount=" + amount + ", money=" + money + ", kind='" + kind + '\'' + '}';
    }
}

// 测试用例：
public class AssetsTest {
    public static void main(String[] args) {
        Assets a1 = new Assets(100, new Money("人民币"), "现金");
        Assets a2 = (Assets) a1.clone();
        System.out.println("a1.equals(a2) → " + a1.equals(a2));
        System.out.println("a1 == a2 → " + (a1 == a2));
        System.out.println("a1.getClass == a2.getClass → " + (a1.getClass() == a2.getClass()));
        System.out.println("a1.getMoney() == a2.getMoney() → " + (a1.getMoney() == a2.getMoney()));
        System.out.println("a1 → " + a1.toString());
        System.out.println("a2 → " + a2.toString());
        a1.setAmount(200);
        System.out.println("修改基本类型属性后：");
        System.out.println("a1 → " + a1.toString());
        System.out.println("a2 → " + a2.toString());
        a1.getMoney().setType("美金");
        System.out.println("修改引用用类型属性后：");
        System.out.println("a1 → " + a1.toString());
        System.out.println("a2 → " + a2.toString());
    }
}
复制代码

运行结果如下：

分析运行结果不难得出Java中浅拷贝具有如下特点：

执行clone方法，不会调用构造方法；
克隆会生成新的对象变量，但指向同一个内存地址；
克隆前后数据类型一致；
克隆时，基本数据类型属性会新建，引用类型只会生成一个新的引用变量，依旧指向同一个内存地址；

④ Java中深拷贝的两种实现方式

相比浅拷贝，深拷贝会连引用类型数据也新建，Java中实现深拷贝的两种方式：

引用类型也实现Cloneable接口，重写clone()方法，原型类clone()方法调用引用类类型的clone()为money对象赋值：

@Override
protected Object clone() {
    Assets assets = null;
    try {
        assets = (Assets)super.clone();
        assets.setMoney((Money)this.getMoney().clone());
    } catch (CloneNotSupportedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return assets;
}
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注：深拷贝需要整个克隆涉及的对象都正确的实现clone()方法，其只能怪一个没正确实现克隆，都会导致深拷贝失败。

序列化，定义一个方法完成对象转二进制流和二进制流转对象，然后返回反序列化后的对象。

public Assets deepClone() {
    try {
        // 写入当前对象的二进制流
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
        oos.writeObject(this);
        // 读取二进制流产生新对象
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
        return (Assets)ois.readObject();
    } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return null;
}
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