设计模式-原型模式
原型模式也是创建型设计模式的一种，主要用来指导大成本对象的创建。如果对象的创建成本比较大，而同一个类的不同对象之间差别不大（大部分字段都相同），在这种情况下，我们可以利用对已有对象（原型）进行复制（或者叫拷贝）的方式来创建新对象，以达到节省创建时间的目的。这种基于原型来创建对象的方式就叫作原型设计模式 （Prototype Design Pattern），简称原型模式。
案例分析
由于某种原因，需要在内存中维护一个 hashMap，存储附件对应的 MD5 值和附件 ID，用来统计某个附件是否已经上传过，或者说是否重复，MD5 值业务数据并不需要，所以数据库中没有实际字段。由于并发量很大，如果在上传附件的时候同步计算 MD5 值并利用锁控制存入 hashMap 会影响请求时的响应速度，且该功能只作为统计，因此要求使用后台的定时任务实现。
目前为止其实功能很简单，就是启动任务定时更新 hashMap 里的内容
java
package com.xsdl.prototype;
import cn.hutool.crypto.digest.MD5;
import com.xsdl.prototype.pojo.File;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.IntStream;
public class Main {
private static List<File> fileList = new CopyOnWriteArrayList<>();
private static Map<Long, String> fileMap = new HashMap<>();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
startAddFile();
Thread.sleep(3000);
startUpdateFileMap();
Thread.sleep(5000);
}
// 模拟添加文件
private static void startAddFile() {
new Thread(() -> {
Random random = new Random();
while (true) {
IntStream.rangeClosed(1, 5).forEach(i -> {
int randomInt = random.nextInt(10);
File file = fileList.stream()
.filter(item -> item.getId().intValue() == randomInt)
.findFirst().orElse(null);
if (file == null) {
fileList.add(new File()
.setId((long) randomInt)
.setName("附件" + i)
.setCreateTime(System.currentTimeMillis())
.setUpdateTime(System.currentTimeMillis()));
} else {
file.setUpdateTime(System.currentTimeMillis());
}
});
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("线程被中断了");
}
}
}).start();
}
// 更新文件信息并计算 MD5
private static void startUpdateFileMap() {
new Thread(() -> {
boolean init = true;
long lastUpdateTime = System.currentTimeMillis();
while (true) {
if (init) {
if (!fileList.isEmpty()) {
for (File file : fileList) {
fileMap.put(file.getId(), MD5.create().digestHex(file.toString(), StandardCharsets.UTF_8));
}
}
init = false;
} else {
long finalLastUpdateTime = lastUpdateTime;
List<File> updatedFileList = fileList.stream()
.filter(item -> item.getUpdateTime() > finalLastUpdateTime)
.collect(Collectors.toList());
if (!updatedFileList.isEmpty()) {
for (File file : updatedFileList) {
fileMap.put(file.getId(), MD5.create().digestHex(file.toString(), StandardCharsets.UTF_8));
System.out.println("更新了 fileMap 中 Id 为" + file.getId() + "的数据");
}
}
}
lastUpdateTime = System.currentTimeMillis();
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("线程被中断了");
}
}
}).start();
}
}
java
package com.xsdl.prototype.pojo;
import lombok.Data;
import lombok.experimental.Accessors;
@Data
@Accessors(chain = true)
public class File {
private Long id;
private String name;
private Long createTime;
private Long updateTime;
}为了展示样例及避免并发问题，我使用了 CopyOnWriteArrayList 暂存数据库里的真实业务数据，假设没有删除，只有更新和新增。运行实例代码会不断打印出：更新了 fileMap 中 Id 为*的数据。
如果 fileMap 此时还在对外提供访问，希望在某次访问持续期间，元素是不会发生变化的（即不停机更新）该怎么实现呢？目前的逻辑是 fileMap 一直在定时更新，外界每次访问都会是此时的最新的数据，甚至本次访问的开始和结束从 fileMap 中取的值都是不一样的。
我们可以定义一个版本的概念，每次更新 fileMap 的时候创建一个新的版本，在老的 fileMap 被访问结束的时候替换为新版本的 fileMap；如果新版本的 fileMap 每次都查询全量的 fileList 并重新进行计算，实际上是一种资源浪费，我们完全可以复制一份原来的 fileMap，只更新这段时间其中更新的部分。
浅拷贝与深拷贝
具体的解释非常简单，浅拷贝就是拷贝了一份索引表，真实数据并没有真实的创建一份，新旧索引（指针）指向了同一份数据；深拷贝就是索引和数据都重新创建了。
如果你对 redis 比较熟悉，redis 在生成 rdb 时，利用 linux 提供的 cow（写时复制）技术，redis 在 fork 子线程生成 rdb 的时候，重新创建了子线程的页表等，但是依然指向内存中的同一份数据，当这段时间发生了修改或删除，redis 主线程会申请内存真正的再创建一个这样的变量。这样的设计既保证了 RDB 生成的数据为创建完子线程时候的快照备份（子线程创建出来的时候内容已经固定了，无论在生成 RDB 结束前主线程发生了什么操作，数据都与创建出来的时候一致），又兼顾了空间和效率。
我们可以借鉴 redis 的这种做法，在更新 fileMap 时先浅拷贝一份，再把这段时间更新过的内容从新拷贝出的索引中移除，创建一个新的对象存入，这也是最快速达到目的的做法（完全的深拷贝是比浅拷贝要复杂且更加耗时的）。
事实上 Java 里的 CopyOnWriteArrayList 也是借鉴了这种思想，写操作时先复制一份，修改其中要更新的部分。不过它更多是提供了读多写少时的线程安全的 List 的一种实现，保证了每次在迭代过程中不会抛出 ConcurrentModificationException 异常，因为迭代器总是访问一个一致的数据快照。
总结
原型模式提供了一种快速创建复杂对象（创建成本大）的方式，利用对已有对象（原型）进行复制（或者叫拷贝），以达到节省创建时间的目的。