Java设计模式（四）创建型- 原型模式（史上最全浅克隆深克隆）克隆破坏单例解决办法与使用场景以及优缺点_原型模式 浅克隆 例题

1. 原型模式（Prototype）

原型模式是指原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。调用者不需要知道任何创建细节，不调用构造函数。

原型模式包含如下角色：

• 抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的的 clone() 方法。
• 具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。
• 访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Student implements Cloneable {
    private String name;
    private String sex;
    private Integer age;
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
 
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Student stu1 = new Student("张三", "男", 18);
        Student stu2 = (Student)stu1.clone();
        stu2.setName("李四");
        System.out.println(stu1);// Student(name=张三, sex=男, age=18)
        System.out.println(stu2);// Student(name=李四, sex=男, age=18)
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

可以看到，把一个学生复制过来，只是改了姓名而已，其他属性完全一样没有改变，需要注意的是，一定要在被拷贝的对象上实现Cloneable接口，否则会抛出CloneNotSupportedException异常。

1.1 浅克隆

创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。

@Data
public class Clazz implements Cloneable {
    private String name;
    private Student student;
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}
@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Student implements Serializable {
    private String name;
    private String sex;
    private Integer age;
}
 
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Clazz clazz1 = new Clazz();
        clazz1.setName("高三一班");
        Student stu1 = new Student("张三", "男", 18);
        clazz1.setStudent(stu1);
        System.out.println(clazz1); // Clazz(name=高三一班, student=Student(name=张三, sex=男, age=18))
        Clazz clazz2 = (Clazz)clazz1.clone();
        Student stu2 = clazz2.getStudent();
        stu2.setName("李四");
        System.out.println(clazz1); // Clazz(name=高三一班, student=Student(name=李四, sex=男, age=18))
        System.out.println(clazz2); // Clazz(name=高三一班, student=Student(name=李四, sex=男, age=18))
    }
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

可以看到，当修改了stu2的姓名时，stu1的姓名同样也被修改了，这说明stu1和stu2是同一个对象，这就是浅克隆的特点，对具体原型类中的引用类型的属性进行引用的复制。同时，这也可能是浅克隆所带来的弊端，因为结合该例子的原意，显然是想在班级中新增一名叫李四的学生，而非让所有的学生都改名叫李四，于是我们这里就要使用深克隆。

1.2 深克隆

创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址。

@Data
public class Clazz implements Cloneable, Serializable {
    private String name;
    private Student student;
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
 
    protected Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
        oos.writeObject(this);
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
        return ois.readObject();
    }
}
 
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Clazz clazz1 = new Clazz();
        clazz1.setName("高三一班");
        Student stu1 = new Student("张三", "男", 18);
        clazz1.setStudent(stu1);
        Clazz clazz3 = (Clazz)clazz1.deepClone();
        Student stu3 = clazz3.getStudent();
        stu3.setName("王五");
        System.out.println(clazz1); // Clazz(name=高三一班, student=Student(name=张三, sex=男, age=18))
        System.out.println(clazz3); // Clazz(name=高三一班, student=Student(name=王五, sex=男, age=18))
    }
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

可以看到，当修改了stu3的姓名时，stu1的姓名并没有被修改了，这说明stu3和stu1已经是不同的对象了，说明Clazz中的Student也被克隆了，不再指向原有对象地址，这就是深克隆。这里需要注意的是，Clazz类和Student类都需要实现Serializable接口，否则会抛出NotSerializableException异常。

1.3 克隆破坏单例与解决办法

// Clazz类
private static Clazz clazz = new Clazz();
private Clazz(){}
public static Clazz getInstance() {return clazz;}
 
    // 测试
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Clazz clazz1 = Clazz.getInstance();
        Clazz clazz2 = (Clazz)clazz1.clone();
        System.out.println(clazz1 == clazz2); // false
    }
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

可以看到clazz1和clazz2并不相等，也就是说他们并不是同一个对象，也就是单例被破坏了。

解决办法也很简单，首先第一个就是不实现Cloneable接口即可，但是不实现Cloneable接口进行clone则会抛出CloneNotSupportedException异常。第二个方法就是重写clone()方法即可，如下：

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return clazz;
    }
    // 测试输出
    System.out.println(clazz1 == clazz2) // true
1
2
3
4
5
6

可以看到，上面clazz1和clazz2是相等的，即单例没有被破坏。

另外我们知道，单例就是只有一个实例对象，如果重写了clone(）方法保证单例的话，那么通过克隆出来的对象则不可以重新修改里面的属性，因为修改以后就会连同克隆对象一起被修改，所以是需要单例还是克隆，在实际应用中需要好好衡量。

1.4 总结

适用场景：
类初始化消耗资源较多。
new产生的一个对象需要非常繁琐的过程（数据准备、访问权限等）。
构造函数比较复杂。
循环体中生产大量对象时。

优点：

• 性能优良，Java自带的原型模式是基于内存二进制流的拷贝，比直接new一个对象性能上提升了许多。
• 可以使用深克隆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，简化了创建的过程。

缺点：

• 必须配备克隆（或者可拷贝）方法。
• 当对已有类进行改造的时候，需要修改代码，违反了开闭原则。
• 深克隆、浅克隆需要运用得当。