作者：东风玖哥，小灰

来源：程序员小灰

—————  第二天  —————

————————————

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() throwsCloneNotSupportedException;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;}@Overridepublic 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@Overridepublic 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@Overridepublic 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@Overridepublic 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 0x1public  testNew()V……省略……MAXSTACK  = 4MAXLOCALS = 2// access  flags 0x1public  testClone()V……省略……MAXSTACK  = 1MAXLOCALS = 2
}

@Overridepublic 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。