什么是 “原型模式” ？

Posted 2021-08-15 CSDN云计算

作者：东风玖哥，小灰

来源：程序员小灰

—————  第二天  —————

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假如有一天，小灰被外星人抓走了，外星人要拿小灰做实验，想了解小灰在吃得好、睡得好、玩得开心的场景下，与现实中小灰的生存状态有什么区别。

于是，外星人克隆了几个一模一样的小灰：

就这样，小灰的原型被留在现实中，而三个复制体分别提供了吃得好、睡得好、玩得开心三种不同环境，小灰的原型则不受三个复制体的影响。

过了一段时间，我们来观察一下本体与分身的生存状态：

在Java语言中，Object类实现了Cloneable接口，一个对象可以通过调用Clone()方法生成对象，这就是原型模式的典型应用。但需要注意的是，clone()方法并不是Cloneable接口里的，而是Object类里的，Cloneable是一个标识接口，标识这个类的对象是可被拷贝的，如果没有实现Cloneable接口，却调用了clone()方法，就会报错。

// protected native Object clone() throws
 CloneNotSupportedException;protected Object clone() throws
CloneNotSupportedException {
    if (!(this instanceof Cloneable)) {
        throw new CloneNotSupportedException(
"Class " + getClass().getName() +
" doesn't implement Cloneable");
    }
    return internalClone();
}

// Native helper method for cloning.


private native Object internalClone();

 

 

Java中的数据类型，分为基本类型和引用类型。在一个方法里的变量如果是基本类型的话，变量就直接存储在这个方法的栈帧里，例如int、long等；而引用类型则在栈帧里存储这个变量的指针，指向堆中该实体的地址，例如String、Array等。深拷贝和浅拷贝是只针对引用数据类型的。

 

比如一个方法有一个基本类型参数和一个引用类型参数，在方法体里对参数重新赋值，会影响传入的引用类型参数，而不会影响基本类型参数，因为基本类型参数是值传递，而引用类型参数是引用传递。

先定义一个用户类：

// 这是一个非常简单的用户类

  public class User {
    private String name;
    private int age;

    public User(String name, int age) {
        this.name=name;
        this.age=age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override

    public String toString() {
        return "User{name='" + name + ", age=" + age +'}';
    }

}

private int x=10;

  public void updateValue(int value){
    value = 3 * value;
}

  private User user= new User("大黄",20);

  public void updateUser(User student){
    student.setName("小灰");
    student.setAge(18);
}


public void test(){
    System.out.println("调用前x的值："+x);
    updateValue(x);
    System.out.println("调用后x的值："+x);
    System.out.println("调用前user的值："+user.toString());
    updateUser(user);
    System.out.println("调用后user的值："+user.toString());

}

测试：

Log打印结果如下：

调用前x的值：10
调用后x的值：10
调用前user的值：User{name='大黄, age=20}
调用后user的值：User{name='小灰, age=18}

传递基本类型的方法（updateValue()）流程图： 

传递引用类型的方法（updateUser()）流程图：

这其中也包含着例外，比如String类型和大小不超过127的Long类型，虽然也是引用类型，却像基本类型一样不受影响。这是因为它们会先比较常量池维护的值，这涉及VM的内容，今天不做过多讨论。

浅拷贝是在按位（bit）拷贝对象，这个对象有着原始对象属性值的一份精确拷贝。我们结合应用场景分析一下，还是刚才的User类，我们增加一个存放地址的内部类Address，我们需要用户信息可以被其他module查询，但是不允许它们被其他module修改，新增代码如下：

// 这是一个稍微复杂的、支持拷贝的用户类

  public class User implements Cloneable {
// ……省略上文代码……
      private Address address;

    @NonNull
    @NotNull
    @Override

    public User clone() {
        try{
            return (User)super.clone();

        }catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    public class Address{
        // 地市
        public String city;
        // 区县
        public String county;
        // 乡镇街道
        public String street;
    } 
}

 

// 这是一个更复杂的、支持深拷贝的用户类

  public class User implements Cloneable {

      // ……省略上文代码……
    @NonNull
    @NotNull
    @Override
    public User clone() {
        try{
            User newUser = (User)super.clone();
            newUser.setName(this.name);
            newUser.setAddress(this.address.clone());
            return newUser;
        }catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    public class Address implements Cloneable{
        // ……省略上文代码……
        @NonNull
        @NotNull
        @Override
        public Address clone() {
            try{
                Address newAddress = (Address)super.clone();
                newAddress.city = this.city;
                newAddress.county = this.county;
                newAddress.street = this.street;
                return newAddress;
            }catch (CloneNotSupportedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return null;
        }
    }
}

需要注意的是，上面代码的深拷贝其实并不彻底，因为彻底的深拷贝几乎是不可能实现的，那样不但可能存在引用关系非常复杂的情况，也可能存在引用链的某一级上引用了一个没有实现Cloneable接口的第三方对象的情况。

绝大多数设计模式都是牺牲性能提升开发效率的，原型模式则是为数不多的牺牲开发效率提升性能的设计模式。

 

private User user= new User("大黄",20);

  public void testNew(){

    User user1 = new User("小灰",18);

}

  public void testClone(){

    User user2 = user.clone();

}

通过ASM工具查看bytecode，可以看出二者对栈资源的消耗： 

// access flags 0x1
  public  testNew()V
   ……省略……
    MAXSTACK  = 4
     MAXLOCALS = 2

  // access  flags 0x1
  public  testClone()V
   ……省略……
    MAXSTACK  = 1
     MAXLOCALS = 2
}

@Override

  public Object clone() {

      return new Intent(this);

  }

最后我们来总结一下原型模式的核心用途：

1.解决构建复杂对象的资源消耗问题，提升创建对象的效率。

2.保护性拷贝，防止外部对只读对象进行需修改。