初识设计模式 - 原型模式

原型模式简介对于大部分系统来说，创建对象包括申请内存、给成员变量赋值等过程，这些操作耗费的时间基本可以忽略不计。

如果对象中的数据需要经过复杂的计算才能得到（比如排序、计算哈希值），或者需要从 RPC、网络、数据库、文件系统等非常慢速的 IO 中读取，这其中耗费的时间有时是无法容忍的。

如果对象的创建成本比较大，而同一个类的不同对象之间差别不大（如大部分字段都相同），在这种情况下，可以利用对已有对象（原型）进行复制的方式来创建新对象，以达到节省创建时间的目的。

这种基于原型来创建对象的方式就叫作原型设计模式（Prototype Design Pattern）。

具体实现原型模式其核心就是拷贝，而在编程语言中，拷贝有两种实现方式：深拷贝和浅拷贝。

浅拷贝

浅拷贝只会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……

对于浅拷贝来说，如果要拷贝的对象是不可变对象，浅拷贝共享不可变对象是没问题的，但是对于可变对象来说，浅拷贝得到的对象和原始对象会共享部分数据，就有可能出现数据被修改的风险。

深拷贝

和浅拷贝不同，深拷贝得到的是一份完完全全独立的对象，相比浅拷贝，深拷贝更加耗时、更加耗内存空间。

常见的深拷贝有两种实现方式：递归浅拷贝对象直到只包含基本数据类型数据；序列化对象再反序列化成新的对象。实际开发中更推荐使用后者。

递归浅拷贝的 Java 代码示例如下：

public class DeepProtoType implements Cloneable {// String 类型 public String name;// 引用数据类型 public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;

public DeepProtoType() {    super();}
@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {    Object deep = null;    // 这里完成对基本数据类型（属性）和 String 类型的拷贝    deep = super.clone();    // 对引用数据类型的属性进行单独处理，如果有多属性，需要一一处理    DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep;    deepProtoType.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();
    return deepProtoType;}

}序列化对象的代码示例如下：

public class DeepProtoType implements Serializable {// String 类型 public String name;// 引用数据类型 public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;

public DeepProtoType() {    super();}
public Object deepClone() {    // 创建流对象    ByteArrayOutputStream bos = null;    ObjectOutputStream oos = null;    ByteArrayInputStream bis = null;    ObjectInputStream ois = null;
    try {        // 序列化        bos = new ByteArrayOutputStream();        oos = new ObjectOutputStream(bos);        // 当前这个对象以对象流的方式输出        oos.writeObject(this);
        // 反序列化        bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());        ois = new ObjectInputStream(bis);        DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType) ois.writeObject();
        return deepProtoType;    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();        return null;    } finally {        try {            bos.close();            oos.close();            bis.close();            ois.close();        } catch (Exception e2) {            System.out.println(e2.getMessage());        }    }}

}总结优点原型模式的主要优点如下：

当创建新的对象实例较为复杂时，使用原型模式可以简化对象的创建过程，通过复制一个已有实例可以提高新实例的创建效率可以使用深拷贝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原型模式提供了简化的创建结构缺点原型模式的主要缺点如下：

需要为每一个类都配置一个拷贝方法拷贝方法位于类的内部，当对已有类进行改造的时候，需要修改代码，违背了开闭原则当实现深拷贝的时候，需要编写较为复杂的代码，而且当对象之间存在多重嵌套引用时，为了实现深拷贝，每一层对象对应的类都必须支持深拷贝适用场景原型模式的适用场景如下：

创建对象的成本较大，比如初始化时间长，占用 CPU 太多，或者占用网络资源太多等如果系统要保存对象的状态，而对象的状态变化很小，或者对象本身占用内存较小时，可以使用原型模式配合备忘录模式来实现如果产生一个对象需要非常繁琐的数据准备和访问权限，需要提高权限或提高安全性源码在 JDK 中，对自定义的类重写 clone() 方法就是典型的原型模式。