28 | 原型模式与享元模式：提升系统性能的利器

刘超

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该思维导图由 AI 生成，仅供参考

你好，我是刘超。
原型模式和享元模式，前者是在创建多个实例时，对创建过程的性能进行调优；后者是用减少创建实例的方式，来调优系统性能。这么看，你会不会觉得两个模式有点相互矛盾呢？
其实不然，它们的使用是分场景的。在有些场景下，我们需要重复创建多个实例，例如在循环体中赋值一个对象，此时我们就可以采用原型模式来优化对象的创建过程；而在有些场景下，我们则可以避免重复创建多个实例，在内存中共享对象就好了。
今天我们就来看看这两种模式的适用场景，了解了这些你就可以更高效地使用它们提升系统性能了。
原型模式我们先来了解下原型模式的实现。原型模式是通过给出一个原型对象来指明所创建的对象的类型，然后使用自身实现的克隆接口来复制这个原型对象，该模式就是用这种方式来创建出更多同类型的对象。
使用这种方式创建新的对象的话，就无需再通过 new 实例化来创建对象了。这是因为 Object 类的 clone 方法是一个本地方法，它可以直接操作内存中的二进制流，所以性能相对 new 实例化来说，更佳。
实现原型模式我们现在通过一个简单的例子来实现一个原型模式：
   //实现Cloneable 接口的原型抽象类Prototype 
   class Prototype implements Cloneable {
        //重写clone方法
        public Prototype clone(){
            Prototype prototype = null;
            try{
                prototype = (Prototype)super.clone();
            }catch(CloneNotSupportedException e){
                e.printStackTrace();
            }
            return prototype;
        }
    }
    //实现原型类
    class ConcretePrototype extends Prototype{
        public void show(){
            System.out.println("原型模式实现类");
        }
    }
    public class Client {
        public static void main(String[] args){
            ConcretePrototype cp = new ConcretePrototype();
            for(int i=0; i< 10; i++){
                ConcretePrototype clonecp = (ConcretePrototype)cp.clone();
                clonecp.show();
            }
        }
    }
要实现一个原型类，需要具备三个条件：
实现 Cloneable 接口：Cloneable 接口与序列化接口的作用类似，它只是告诉虚拟机可以安全地在实现了这个接口的类上使用 clone 方法。在 JVM 中，只有实现了 Cloneable 接口的类才可以被拷贝，否则会抛出 CloneNotSupportedException 异常。
重写 Object 类中的 clone 方法：在 Java 中，所有类的父类都是 Object 类，而 Object 类中有一个 clone 方法，作用是返回对象的一个拷贝。
在重写的 clone 方法中调用 super.clone()：默认情况下，类不具备复制对象的能力，需要调用 super.clone() 来实现。

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原型模式和享元模式是两种提升系统性能的设计模式。原型模式通过克隆对象来避免重复创建多个实例，适用于需要重复创建对象的场景。它可以通过实现Cloneable接口和重写clone方法来实现对象的复制，避免浅拷贝带来的问题，提高对象创建性能。而享元模式则是通过共享技术来最大限度地复用细粒度对象，将对象的信息状态划分为内部数据和外部数据，以实现对象的共享。通过这两种设计模式，读者可以更高效地使用它们来提升系统性能。享元模式在实际开发中的应用也非常广泛，例如Java的String字符串就是享元模式的一种实现。总的来说，原型模式适用于需要重复创建对象的场景，而享元模式适用于需要共享对象的场景。通过了解这两种设计模式，读者可以更高效地使用它们来提升系统性能。

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知行合一
new一个对象和clone一个对象，性能差在哪里呢？文中提到直接从内存复制二进制这里不是很理解
作者回复: 一个对象通过new创建的过程为： 1、在内存中开辟一块空间； 2、在开辟的内存空间中创建对象； 3、调用对象的构造函数进行初始化对象。而一个对象通过clone创建的过程为： 1、根据原对象内存大小开辟一块内存空间； 2、复制已有对象，克隆对象中所有属性值。相对new来说，clone少了调用构造函数。如果构造函数中存在大量属性初始化或大对象，则使用clone的复制对象的方式性能会好一些。
2019-07-26

83
罗洲
单例模式是针对某个类的单例，享元模式可以针对一个类的不同表现形式的单例，享元模式是单例模式的超集。
作者回复: 言简意赅！
2019-07-25
3
54
东方奇骥
老师，请教一下，文中说的，@service默认是单例模式，若不想影响下次请求，就要使用原型模式。能举个例子吗，什么时候会影响下次请求，不是很理解，因为我的项目里基本都是单例模式
作者回复: 这里纠正下，不是每次请求，而是每次bean注入或通过上下文获取bean时。如果我们使用的是单例，假设有一个全局变量private int a=1，我们通过上下文获取到实例，调用A方法修改了变量a=2，此时下一个通过上下文获取到实例调用B方法获取变量，则a=2。如果我们使用的是原型模式，假设有一个全局变量private int a=1，我们通过上下文获取到实例，调用A方法修改了变量a=2，此时下一个通过上下文获取到实例调用B方法获取变量，则还是a=1。
2019-07-27

17
Liam
老师好，文中举例Spring的prototype貌似不是原型模式的实现吧，每次spring都是通过反射创建的对象，并没有通过clone的方式吧
作者回复: 是的，通过反射创建对象的
2019-07-26

9
QQ怪
享元模式可以再次创建对象也可以取缓存对象单例模式则是严格控制单个进程中只有一个实例对象享元模式可以通过自己实现对外部的单例也可以在需要的使用创建更多的对象单例模式是自身控制需要增加不属于该对象本身的逻辑
作者回复: 理解很透彻，点赞
2019-07-25

9
飞翔
深拷贝用json的序列化或者反序列化可以吗，或者用一个叫orika的框架也可以做递归深拷贝
作者回复: 可以的
2019-12-13

6
Mr wind
1、如果对象的构造中有逻辑处理，而clone不会调用构造会更快，但是既然构造中存在逻辑，一般情况下我们都是希望new对象的时候能够用到这些逻辑； 2、如果对象的构造中没有逻辑，那么通常情况下clone的速度反而较之下降。3、所以有点感觉clone存在的意义就是，某个对象构造中有逻辑代码，而我们在大量创建对象的时候不需要构造中逻辑。否则直接new还更快。
作者回复: 是的
2019-12-13
2
5
公号-技术夜未眠
享元模式的实例也需要考虑线程安全哇？
作者回复: 需要的。共享数据尽量不要涉及到线程安全问题，否则就没有什么优势了。例如字符串则利用了不可变性来避免线程安全问题。
2019-07-28

5
一个卖火柴的老男人
老师请教你个问题，线上短信业务被轰炸，流量费倍增……求推荐个解决思路，监测发现是爬虫程序
作者回复: 建议加一个图片验证码
2019-07-26
3
5
遇见
"如果对象已经存在于享元池中，则不会再创建该对象了，而是共用享元池中内部数据一致的对象。" 要获得"数据一致的对象" , 遍历享元池, 用equals判断是不是更好一些呢? 前面有提到spring的单例的实现其实就是享元模式, 那么spring中, 判断对象数据一致, 是用key来判断的还是用equals判断的呢?
作者回复: 用==就好了，Java中判断两个对象是否相等是==。
2019-12-19

3

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