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重修设计模式-创建型-原型模式

news 2025/7/15 7:24:39

重修设计模式-创建型-原型模式

原型模式就是利用已有对象（原型）通过拷贝方式来创建对象的模式，达到节省对象创建时间的目的。适用于对象创建成本较大，且同一类的不同对象之间差别不大的场景。

比如一个对象中的数据需要经过复杂计算才能得到（如排序），或者对象是从网络、文件系统等通过IO读取的，这种情况下就可以用原型模式快速拷贝出一个新对象来使用，而不是再经过复杂计算或读取 IO 来创建对象。

原型模式的核心就是对象的拷贝，且有浅拷贝和深拷贝的区别。

浅拷贝：只会复制基本类型的数据和引用对象的内存地址，不会递归的拷贝引用对象本身，比如 Java 中 Object 的 clonse() 方法。
深拷贝：不仅复制基本类型的数据，也会拷贝引用类型的对象（会开辟新的内存空间，并将新开辟的内存地址引用给新对象），从而得到一份完全独立的对象。

Kotlin 中 data class 的 copy() 方法，或 Java 中 Object 的 clone() 方法都是浅拷贝的实现，下面验证一下：

data class User(var name: String, var age: Int, val address: Address): Cloneable {public override fun clone(): Any {return super.clone()}
}data class Address(var street: String, var city: String) : Cloneable {override fun clone(): Any {return super.clone()}
}

测试 copy() 和 clone() 方法：

fun main(args: Array<String>) {val user = User("白泽", 18, Address("浦东新区花园石桥路28弄", "上海"))val userCopy = user.copy()val userCopy1 = user.clone() as Userprintln("user1:${user}")println("user2:${userCopy}")println("user address:${user.address == userCopy.address}")     //判断值，相当于equalprintln("user address:${user.address === userCopy.address}")    //判断内存地址println("---")println("user1:${user}")println("user2:${userCopy1}")println("user address:${user.address == userCopy1.address}")     //判断值，相当于equalprintln("user address:${user.address === userCopy1.address}")    //判断内存地址
}

代码执行结果：

user1:User(name=白泽, age=18, address=Address(street=浦东新区花园石桥路28弄, city=上海))
user2:User(name=白泽, age=18, address=Address(street=浦东新区花园石桥路28弄, city=上海))
user address:true
user address:true
---
user1:User(name=白泽, age=18, address=Address(street=浦东新区花园石桥路28弄, city=上海))
user2:User(name=白泽, age=18, address=Address(street=浦东新区花园石桥路28弄, city=上海))
user address:true
user address:true

可见引用类型对象指向的内存地址还是同一个，并没有真正地进行拷贝，这一点通过源码也可以得到验证。将 User 编译成字节码后，再反编译成 Java 语言：

public final class User implements Cloneable {@NotNullprivate String name;private int age;@NotNullprivate final Address address;//调用的是Object的clone()方法@NotNullpublic Object clone() {return super.clone();}//componentX()方法，用于解构赋值语法@NotNullpublic final User copy(@NotNull String name, int age, @NotNull Address address) {Intrinsics.checkNotNullParameter(name, "name");Intrinsics.checkNotNullParameter(address, "address");return new User(name, age, address);}
}

public final class Address implements Cloneable {@NotNullprivate String street;@NotNullprivate String city;@NotNullpublic Object clone() {return super.clone();}@NotNullpublic final Address copy(@NotNull String street, @NotNull String city) {Intrinsics.checkNotNullParameter(street, "street");Intrinsics.checkNotNullParameter(city, "city");return new Address(street, city);}
}

可以看到，copy() 方法并不会对引用类型对象进行拷贝工作，而是直接传入。而 clone() 方法则是由底层实现，执行逻辑相同。

@HotSpotIntrinsicCandidate
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

下面介绍深拷贝的几种实现方式：
1.深拷贝实现—自己实现Cloneable的clone方法：

data class User(var name: String, var age: Int, val address: Address): Cloneable {public override fun clone(): Any {return User(name, age, address.clone() as Address)}
}data class Address(var street: String, var city: String) : Cloneable {public override fun clone(): Any {return Address(street, city)}
}

打印结果：

user1:User(name=白泽, age=18, address=Address(street=浦东新区花园石桥路28弄, city=上海))
user2:User(name=白泽, age=18, address=Address(street=浦东新区花园石桥路28弄, city=上海))
user address:true
user address:false

引用地址不相同了，说明是两个独立的对象，这种方式比较麻烦，增减字段都需要对 clone() 方法进行维护，如果引用对象嵌套较深还容易出错。

2.深拷贝实现—序列化：

fun main(args: Array<String>) {val user = User("白泽", 18, Address("浦东新区花园石桥路28弄", "上海"))val userCopy = deepCopy(user) as Userprintln("user1:${user}")println("user2:${userCopy}")println("user address:${user.address == userCopy.address}")     //判断值，相当于equalprintln("user address:${user.address === userCopy.address}")    //判断内存地址
}fun deepCopy(obj: Any?): Any {val bo = ByteArrayOutputStream()val oo = ObjectOutputStream(bo)oo.writeObject(obj)val bi = ByteArrayInputStream(bo.toByteArray())val oi = ObjectInputStream(bi)return oi.readObject()
}

打印结果：

user1:User(name=白泽, age=18, address=Address(street=浦东新区花园石桥路28弄, city=上海))
user2:User(name=白泽, age=18, address=Address(street=浦东新区花园石桥路28弄, city=上海))
user address:true
user address:false

这种实现方式需要类中所有引用类型（包括嵌套的）都实现 Serializable 接口，否则会抛出 NotSerializableException 异常。

3.深拷贝实现—Json：

fun main(args: Array<String>) {val user = User("白泽", 18, Address("浦东新区花园石桥路28弄", "上海"))val userCopy = deepCopy(user)println("user1:${user}")println("user2:${userCopy}")println("user address:${user.address == userCopy.address}")     //判断值，相当于equalprintln("user address:${user.address === userCopy.address}")    //判断内存地址
}inline fun <reified T> deepCopy(data: T): T {val gson = Gson()val json = gson.toJson(data)return gson.fromJson<T>(json, T::class.java)
}

打印结果：

user1:User(name=白泽, age=18, address=Address(street=浦东新区花园石桥路28弄, city=上海))
user2:User(name=白泽, age=18, address=Address(street=浦东新区花园石桥路28弄, city=上海))
user address:true
user address:false