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大家好，我是老田，今天我給大家分享設(shè)計(jì)模式中的原型模式。用貼切的生活故事，以及真實(shí)項(xiàng)目場(chǎng)景來(lái)講設(shè)計(jì)模式，最后用一句話來(lái)總結(jié)這個(gè)設(shè)計(jì)模式。
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故事
還記得大四那年找工作，無(wú)意中我得從網(wǎng)上找到一份相對(duì)漂亮的程序員簡(jiǎn)歷模板，然后全班同學(xué)開(kāi)啟瘋狂的簡(jiǎn)歷拷貝(U盤)。同時(shí)也鬧出了一個(gè)笑話，有幾位同學(xué)，拷貝過(guò)去的簡(jiǎn)歷，內(nèi)容完全沒(méi)改，名字都沒(méi)有改，截止投給面試官(校招面試官)。后來(lái)，結(jié)果大家也應(yīng)該能猜出來(lái)，大家都去實(shí)習(xí)了，部分人還在找工作。后面公司面試官和同伴的其他同學(xué)反饋：收到一毛一樣的簡(jiǎn)歷，好幾份，回來(lái)大家一聊就知道問(wèn)題出哪里了，承認(rèn)了自己拷貝過(guò)去完全沒(méi)改就拿出去投了，害，尷尬的一匹。
把簡(jiǎn)歷拷貝分為為兩種：
- 一種是拷貝簡(jiǎn)歷，然后把信息修改成自己的
- 另外一種是，拷貝簡(jiǎn)歷，內(nèi)容什么都不改。
原型模式定義
Specify the kinds of objects to create using a prototype instance ,and create new objects by coping this prototype
大致意思：用原型實(shí)例指定創(chuàng)建對(duì)象的種類，并且通過(guò)復(fù)制這些原型創(chuàng)建新的對(duì)象。
原型模式：Prototype Pattern，屬于創(chuàng)建型模式。
調(diào)用者不需要知道任何創(chuàng)建細(xì)節(jié)，也不用調(diào)用構(gòu)造方法來(lái)創(chuàng)建對(duì)象。
使用場(chǎng)景
原型模式有如下使用場(chǎng)景：
- 類初始化消耗資源較多
- new產(chǎn)生的一個(gè)對(duì)象需要非常繁瑣的過(guò)程(數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、訪問(wèn)權(quán)限等)
- 構(gòu)造函數(shù)比較復(fù)雜
- 循環(huán)體內(nèi)生成大量對(duì)象時(shí)
- 在Spring中，原型模式應(yīng)用的非常廣泛，例如:scope='prototype'
我們可以將一些getter和setter之類封裝成一個(gè)工廠方法，然后對(duì)于使用的人來(lái)說(shuō)，調(diào)用方法就可以了，不需要知道里面的getter和setter是怎么處理的。我們也可以使用JDK提供的實(shí)現(xiàn)Cloneable接口，實(shí)現(xiàn)快速?gòu)?fù)制。
創(chuàng)建對(duì)象的四種方式：
new、反射、克隆、序列化
實(shí)際案例
大家是否有遇到過(guò)這種常見(jiàn)，就是項(xiàng)目中規(guī)定，不能把與數(shù)據(jù)庫(kù)表映射的entity類返回給前端，所以通常返回給前端的有各種O，比如：XxxVO、XxxBO、XxxDTO...
這時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)下面的場(chǎng)景，大家也想已經(jīng)猜到了。
下面是與數(shù)據(jù)庫(kù)表映射的UserEntity實(shí)體類。
- public class UserEntity {
- private Long id;
- private String name;
- private Integer age;
- //....可能還有很多屬性
- //省略getter setter
- }
返回給前端或者調(diào)用方的UserVO實(shí)體類。
- public class UserVO {
- private Long id;
- private String name;
- private Integer age;
- //....可能還有很多屬性
- //省略getter setter
- }
此時(shí)，從數(shù)據(jù)庫(kù)里查出來(lái)的UserEntity需要轉(zhuǎn)換成UserVO，然后再返回給前端(或者調(diào)用方)。
- public class ObjectConvertUtil {
- public static UserVo convertUserEntityToUserVO(UserEntity userEntity) {
- if (userEntity == null) {
- return null;
- }
- UserVo userVo = new UserVo();
- userVo.setId(userEntity.getId());
- userVo.setName(userEntity.getName());
- userVo.setAge(userEntity.getAge());
- //如果還有更多屬性呢？
- return userVo;
- }
- }
從這個(gè)util類中，我們可以看出，如果一個(gè)類的屬性有幾十個(gè)，上百個(gè)的，這代碼量是不是有點(diǎn)恐怖?
于是，我們通常都會(huì)使用一些工具類來(lái)處理，比如常見(jiàn)有以下：
- BeanUtils.copy();
- JSON.parseObject()
- Guava工具類
- .....
這些工具類就用到了原型模式。
通過(guò)一個(gè)對(duì)象，創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象。
也把原型模式稱之為對(duì)象的拷貝、克隆。
其實(shí)對(duì)象的克隆分淺克隆和深克隆，下面我們就來(lái)聊聊淺克隆和深克隆。
- 淺克隆：創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象，新對(duì)象的屬性和原來(lái)對(duì)象完全相同，對(duì)于非基本類型屬性，仍指向原來(lái)對(duì)象的屬性所指向的對(duì)象的內(nèi)存地址。
- 深克?。簞?chuàng)建一個(gè)新對(duì)象，屬性中引用的其他對(duì)象也會(huì)被克隆，不再指向原有對(duì)象地址。
我們先來(lái)聊聊淺克隆，都喜歡由淺入深。
淺克隆
比如，我現(xiàn)在相對(duì)用戶信息User進(jìn)行克隆，但是User中有用戶地址信息UserAddress屬性。
以下是代碼的實(shí)現(xiàn)：
- //用戶地址信息
- public class UserAddress implements Serializable{
- private String province;
- private String cityCode;
- public UserAddress(String province, String cityCode) {
- this.province = province;
- this.cityCode = cityCode;
- }
- }
- //用戶信息
- public class User implements Cloneable {
- private int age;
- private String name;
- //用戶地址信息
- private UserAddress userAddress;
- //getter setter 省略
- @Override
- protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
- return super.clone();
- }
- }
- //測(cè)試
- public class UserTest {
- public static void main(String[] args) throws Exception {
- User user = new User();
- user.setAge(20);
- user.setName("田維常");
- UserAddress userAddress = new UserAddress("貴州", "梵凈山");
- user.setUserAddress(userAddress);
- User clone = (User) user.clone();
- System.out.println("克隆前后UserAddress比較：" + (user.getUserAddress() == clone.getUserAddress()));
- }
- }
輸出結(jié)果
- 克隆前后 UserAddress 比較：true
兩個(gè)對(duì)象屬性 UserAddress 指向的是同一個(gè)地址。
這就是所謂的淺克隆，只是克隆了對(duì)象，對(duì)于該對(duì)象的非基本類型屬性，仍指向原來(lái)對(duì)象的屬性所指向的對(duì)象的內(nèi)存地址。
關(guān)系如下：
深克隆
關(guān)于深克隆，我們來(lái)用一個(gè)很經(jīng)典的案例，西游記里的孫悟空。一個(gè)孫悟空能變成n多個(gè)孫悟空，手里都會(huì)拿著一個(gè)金箍棒。
按照前面的淺克隆，結(jié)果就是：孫悟空倒是變成很多孫悟空，但是金箍棒用的是同一根。
深克隆的結(jié)果是：孫悟空變成了很多個(gè)，金箍棒也變成很多個(gè)根。
下面我們用代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)：
- //猴子，有身高體重和生日
- public class Monkey {
- public int height;
- public int weight;
- public Date birthday;
- }
孫悟空也是猴子，兵器 孫悟空有個(gè)金箍棒：
- import java.io.Serializable;
- //孫悟空的金箍棒
- public class JinGuBang implements Serializable{
- public float h=100;
- public float d=10;
- //金箍棒變大
- public void big(){
- this.h *=10;
- this.d *=10;
- }
- //金箍棒變小
- public void small(){
- this.h /=10;
- this.d /=10;
- }
- }
齊天大圣孫悟空：
- import java.io.*;
- import java.util.Date;
- //孫悟空有七十二變,拔猴毛生成一個(gè)金箍棒
- //使用JDK的克隆機(jī)制，
- //實(shí)現(xiàn)Cloneable并重寫clone方法
- public class QiTianDaSheng extends Monkey implements Cloneable, Serializable {
- public JinGuBang jinGuBang;
- public QiTianDaSheng() {
- this.birthday = new Date();
- this.jinGuBang = new JinGuBang();
- }
- @Override
- protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
- return this.deepClone();
- }
- //深克隆
- public QiTianDaSheng deepClone() {
- try {
- //內(nèi)存中操作完成、對(duì)象讀寫，是通過(guò)字節(jié)碼直接操作
- //與序列化操作類似
- ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
- ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
- oos.writeObject(this);
- ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
- ObjectInputStream bis = new ObjectInputStream(bais);
- //完成一個(gè)新的對(duì)象,底層是使用new創(chuàng)建的一個(gè)對(duì)象
- //詳情可以了解readObject方法
- QiTianDaSheng qiTianDaSheng = (QiTianDaSheng) bis.readObject();
- //每個(gè)猴子的生日不一樣，所以每次拷貝的時(shí)候，把生日改一下
- qiTianDaSheng.birthday = new Date();
- return qiTianDaSheng;
- } catch (Exception ex) {
- ex.printStackTrace();
- return null;
- }
- }
- //淺克隆，就是簡(jiǎn)單的賦值
- public QiTianDaSheng shalllowClone(QiTianDaSheng target) {
- QiTianDaSheng qiTianDaSheng = new QiTianDaSheng();
- qiTianDaSheng.height = target.height;
- qiTianDaSheng.weight = target.weight;
- qiTianDaSheng.jinGuBang = target.jinGuBang;
- qiTianDaSheng.birthday = new Date();
- return qiTianDaSheng;
- }
- }
接著我們就來(lái)測(cè)試一下：
- public class DeepCloneTest {
- public static void main(String[] args) {
- QiTianDaSheng qiTianDaSheng = new QiTianDaSheng();
- try {
- QiTianDaSheng newObject = (QiTianDaSheng) qiTianDaSheng.clone();
- System.out.print("深克隆后 ");
- System.out.println("金箍棒是否一直：" + (qiTianDaSheng.jinGuBang == newObject.jinGuBang));
- } catch (Exception ex) {
- ex.printStackTrace();
- }
- QiTianDaSheng newObject=qiTianDaSheng.shalllowClone(qiTianDaSheng);
- System.out.print("淺克隆后 ");
- System.out.println("金箍棒是否一直：" + (qiTianDaSheng.jinGuBang == newObject.jinGuBang));
- }
- }
輸出結(jié)果為：
- 深克隆后 金箍棒是否一直：false
- 淺克隆后 金箍棒是否一直：true
結(jié)論
深克隆后每個(gè)孫悟空都有自己的金箍棒，而淺克隆后每個(gè)孫悟空用的金箍棒實(shí)質(zhì)上還是同一根。
總結(jié)
切記：深和淺，指的是克隆對(duì)象里的屬性(引用類型)是否指向同一個(gè)內(nèi)存地址。
為了更深刻的理解深克隆和淺克隆，我們回答文中的簡(jiǎn)歷拷貝的故事。
- 深拷貝：拷貝一份簡(jiǎn)歷，然后對(duì)簡(jiǎn)歷中的信息進(jìn)行修改成自己的
- 淺拷貝：拷貝一份簡(jiǎn)歷，簡(jiǎn)歷內(nèi)容完全不變
優(yōu)點(diǎn)：
- Java 原型模式基于內(nèi)存二進(jìn)制流復(fù)制，比直接 new 的性能會(huì)更好一些。
- 可以利用深克隆保存對(duì)象狀態(tài)，存一份舊的(克隆出來(lái))，在對(duì)其修改，可以充當(dāng)一個(gè)撤銷功能。
缺點(diǎn)：
- 需要配置 clone 方法，改造時(shí)需要對(duì)已有類進(jìn)行修改，違背 “開(kāi)閉原則”。
- 如果對(duì)象間存在多重嵌套引用時(shí)，每一層都需要實(shí)現(xiàn)克隆。
我們從原型模式的定義，使用場(chǎng)景，真實(shí)案例、淺克隆、深克隆、優(yōu)缺點(diǎn)等方面，對(duì)原型模式進(jìn)行了一個(gè)全面的講解。
一句話總結(jié)：
一份簡(jiǎn)歷，全班同學(xué)用
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