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《设计模式之禅(第2版)》13.4 原型模式的注意事项

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原型模式虽然很简单,但是在Java中使用原型模式也就是clone方法还是有一些注意事项的,我们通过几个例子逐个解说。

13.4.1 构造函数不会被执行

一个实现了Cloneable并重写了clone方法的类A,有一个无参构造或有参构造B,通过new关键字产生了一个对象S,再然后通过S.clone方式产生了一个新的对象T,那么在对象拷贝时构造函数B是不会被执行的。我们来写一小段程序来说明这个问题,如代码清单13-8所示。

代码清单13-8 简单的可拷贝对象

public class Thing implements Cloneable{     public Thing{     System.out.println(/"构造函数被执行了.../");     }     @Override     public Thing clone{     Thing thing=null;     try {    thing = (Thing)super.clone;     } catch (CloneNotSupportedException e) {    e.printStackTrace;     }     return thing;     }}  

然后我们再来写一个Client类,进行对象的拷贝,如代码清单13-9所示。

代码清单13-9 简单的场景类

public class Client {     public static void main(String args) {     //产生一个对象     Thing thing = new Thing;     //拷贝一个对象     Thing cloneThing = thing.clone;     }}  

运行结果如下所示:

构造函数被执行了...

对象拷贝时构造函数确实没有被执行,这点从原理来讲也是可以讲得通的,Object类的clone方法的原理是从内存中(具体地说就是堆内存)以二进制流的方式进行拷贝,重新分配一个内存块,那构造函数没有被执行也是非常正常的了。

13.4.2 浅拷贝和深拷贝

在解释什么是浅拷贝和什么是深拷贝之前,我们先来看个例子,如代码清单13-10所示。

代码清单13-10 浅拷贝

public class Thing implements Cloneable{     //定义一个私有变量     private ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>;     @Override     public Thing clone{     Thing thing=null;     try {    thing = (Thing)super.clone;     } catch (CloneNotSupportedException e) {    e.printStackTrace;     }     return thing;     }     //设置HashMap的值     public void setValue(String value){     this.arrayList.add(value);     }     //取得arrayList的值     public ArrayList<String> getValue{     return this.arrayList;     }}  

在Thing类中增加一个私有变量arrayLis,类型为ArrayList,然后通过setValue和getValue分别进行设置和取值,我们来看场景类是如何拷贝的,如代码清单13-11所示。

代码清单13-11 浅拷贝测试

public class Client {     public static void main(String args) {     //产生一个对象     Thing thing = new Thing;     //设置一个值     thing.setValue(/"张三/");     //拷贝一个对象     Thing cloneThing = thing.clone;     cloneThing.setValue(/"李四/");     System.out.println(thing.getValue);     }}  

猜想一下运行结果应该是什么?是仅一个“张三”吗?运行结果如下所示:

[张三,李四]

怎么会这样呢?怎么会有李四呢?是因为Java做了一个偷懒的拷贝动作,Object类提供的方法clone只是拷贝本对象,其对象内部的数组、引用对象等都不拷贝,还是指向原生对象的内部元素地址,这种拷贝就叫做浅拷贝。确实是非常浅,两个对象共享了一个私有变量,你改我改大家都能改,是一种非常不安全的方式,在实际项目中使用还是比较少的(当然,这也是一种“危机”环境的一种救命方式)。你可能会比较奇怪,为什么在Mail那个类中就可以使用String类型,而不会产生由浅拷贝带来的问题呢?内部的数组和引用对象才不拷贝,其他的原始类型比如int、long、char等都会被拷贝,但是对于String类型,Java就希望你把它认为是基本类型,它是没有clone方法的,处理机制也比较特殊,通过字符串池(stringpool)在需要的时候才在内存中创建新的字符串,读者在使用的时候就把String当做基本类使用即可。

注意 使用原型模式时,引用的成员变量必须满足两个条件才不会被拷贝:一是类的成员变量,而不是方法内变量;二是必须是一个可变的引用对象,而不是一个原始类型或不可变对象。

浅拷贝是有风险的,那怎么才能深入地拷贝呢?我们修改一下程序就可以深拷贝,如代码清单13-12所示。

代码清单13-12 深拷贝

public class Thing implements Cloneable{     //定义一个私有变量     private ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>;     @Override     public Thing clone{     Thing thing=null;     try {    thing = (Thing)super.clone;    thing.arrayList = (ArrayList<String>)this.arrayList.clone;     } catch (CloneNotSupportedException e) {    e.printStackTrace;     }     return thing;     }}  

仅仅增加了粗体部分,对私有的类变量进行独立的拷贝。Client类没有任何改变,运行结果如下所示:

[张三]

该方法就实现了完全的拷贝,两个对象之间没有任何的瓜葛了,你修改你的,我修改我的,不相互影响,这种拷贝就叫做深拷贝。深拷贝还有一种实现方式就是通过自己写二进制流来操作对象,然后实现对象的深拷贝,这个大家有时间自己实现一下。

注意 深拷贝和浅拷贝建议不要混合使用,特别是在涉及类的继承时,父类有多个引用的情况就非常复杂,建议的方案是深拷贝和浅拷贝分开实现。

13.4.3 clone与final两个冤家

对象的clone与对象内的final关键字是有冲突的,我们举例来说明这个问题,如代码清单13-13所示。

代码清单13-13 增加final关键字的拷贝

public class Thing implements Cloneable{     //定义一个私有变量     private final ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>;     @Override     public Thing clone{     Thing thing=null;     try {    thing = (Thing)super.clone; this.arrayList = (ArrayList<String>)this.arrayList.clone;     } catch (CloneNotSupportedException e) {    e.printStackTrace;     }     return thing;     }}  

粗体部分仅仅增加了一个final关键字,然后编译器就报斜体部分错误,正常呀,final类型你还想重赋值呀!你要实现深拷贝的梦想在final关键字的威胁下破灭了,路总是有的,我们来想想怎么修改这个方法:删除掉final关键字,这是最便捷、安全、快速的方式。你要使用clone方法,在类的成员变量上就不要增加final关键字。

注意 要使用clone方法,类的成员变量上不要增加final关键字。