漫畫：什么是 “原型模式” ？

時間：2021-07-25 14:01:55

關(guān)鍵字：原型模式設(shè)計模式

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[導讀]什么是 “原型模式”

————— 第二天 —————

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假如有一天，小灰被外星人抓走了，外星人要拿小灰做實驗，想了解小灰在吃得好、睡得好、玩得開心的場景下，與現(xiàn)實中小灰的生存狀態(tài)有什么區(qū)別。
于是，外星人克隆了幾個一模一樣的小灰：

就這樣，小灰的原型被留在現(xiàn)實中，而三個復制體分別提供了吃得好、睡得好、玩得開心三種不同環(huán)境，小灰的原型則不受三個復制體的影響。
過了一段時間，我們來觀察一下本體與分身的生存狀態(tài)：

在Java語言中，Object類實現(xiàn)了Cloneable接口，一個對象可以通過調(diào)用Clone()方法生成對象，這就是原型模式的典型應用。
但需要注意的是，clone()方法并不是Cloneable接口里的，而是Object類里的，Cloneable是一個標識接口，標識這個類的對象是可被拷貝的，如果沒有實現(xiàn)Cloneable接口，卻調(diào)用了clone()方法，就會報錯。

// 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中的數(shù)據(jù)類型，分為基本類型和引用類型。在一個方法里的變量如果是基本類型的話，變量就直接存儲在這個方法的棧幀里，例如int、long等；而引用類型則在棧幀里存儲這個變量的指針，指向堆中該實體的地址，例如String、Array等。深拷貝和淺拷貝是只針對引用數(shù)據(jù)類型的。
比如一個方法有一個基本類型參數(shù)和一個引用類型參數(shù)，在方法體里對參數(shù)重新賦值，會影響傳入的引用類型參數(shù)，而不會影響基本類型參數(shù)，因為基本類型參數(shù)是值傳遞，而引用類型參數(shù)是引用傳遞。
先定義一個用戶類：

// 這是一個非常簡單的用戶類
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 '}';
}
}

測試：

private int x=10;
public void updateValue(int value){
value = 3 * value;
}
private User user= new User("大黃",20);
public void updateUser(User student){
student.setName("小灰");
student.setAge(18);
}
public void test(){
System.out.println("調(diào)用前x的值：" x);
updateValue(x);
System.out.println("調(diào)用后x的值：" x);
System.out.println("調(diào)用前user的值：" user.toString());
updateUser(user);
System.out.println("調(diào)用后user的值：" user.toString());
}

Log打印結(jié)果如下：

調(diào)用前x的值：10
調(diào)用后x的值：10
調(diào)用前user的值：User{name='大黃, age=20}
調(diào)用后user的值：User{name='小灰, age=18}

傳遞基本類型的方法（updateValue()）流程圖：

傳遞引用類型的方法（updateUser()）流程圖：

這其中也包含著例外，比如String類型和大小不超過127的Long類型，雖然也是引用類型，卻像基本類型一樣不受影響。這是因為它們會先比較常量池維護的值，這涉及VM的內(nèi)容，今天不做過多討論。

淺拷貝是在按位（bit）拷貝對象，這個對象有著原始對象屬性值的一份精確拷貝。我們結(jié)合應用場景分析一下，還是剛才的User類，我們增加一個存放地址的內(nèi)部類Address，我們需要用戶信息可以被其他module查詢，但是不允許它們被其他module修改，新增代碼如下：

// 這是一個稍微復雜的、支持拷貝的用戶類

public class User implements Cloneable { // ……省略上文代碼……
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;
// 區(qū)縣
public String county;
// 鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道
public String street;
}
}

// 這是一個更復雜的、支持深拷貝的用戶類
public class User implements Cloneable {
// ……省略上文代碼……
@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{
// ……省略上文代碼……
@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，上面代碼的深拷貝其實并不徹底，因為徹底的深拷貝幾乎是不可能實現(xiàn)的，那樣不但可能存在引用關(guān)系非常復雜的情況，也可能存在引用鏈的某一級上引用了一個沒有實現(xiàn)Cloneable接口的第三方對象的情況。

絕大多數(shù)設(shè)計模式都是犧牲性能提升開發(fā)效率的，原型模式則是為數(shù)不多的犧牲開發(fā)效率提升性能的設(shè)計模式。

private User user= new User("大黃",20);
public void testNew(){
User user1 = new User("小灰",18);
}
public void testClone(){
User user2 = user.clone();
}

通過ASM工具查看bytecode，可以看出二者對棧資源的消耗：