java设计模式3-原型模式

原型模式

克隆羊问题

现在有一只羊,姓名为tom,年龄为1,颜色为白色,请编写程序创建和tom羊属性完全相同的10只羊.

 

传统方法解决克隆羊问题

思路分析

代码

Sheep

public class Sheep {
    private String name;
    private int age;

    private String color;

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    public Sheep(String name, int age, String color) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
    }

    public Sheep(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Sheep{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //传统的方法
        Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
        Sheep sheep2 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        Sheep sheep3 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        Sheep sheep4 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        //.....
        System.out.println(sheep);
        System.out.println(sheep2);
        System.out.println(sheep3);
        System.out.println(sheep4);
    }
}

传统方法的优缺点

1、优点是比较好理解,简单易操作

2、在创建新的对象时,总是需要重新获取原始对象的属性,如果创建的对象比较复杂时,效率较低

3、总是需要重新初始化对象,而不是动态地获得对象运行时的状态,不够灵活

4、改进思路

　　a) java中Object类是所有类的根类,Object类提供了一个clone()方法,该方法可以将一个java对象复制一份,但是需要实现clone的java类必须要实现一个接口Cloneable,该接口表示该类能够复制且具有复制能力-》原型模式.

 

原型方法 

基本介绍

1、原型模式是指:用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这些原型,创建新的对象

2、原型模式是一个创建型设计模式,允许一个对象再创建另外一个可定制的对象,无需知道如何创建的细节

3、工作原理:通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象,这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝它们自己来实施创建,即对象.clone() 

4、形象的理解:孙大圣拔出毛,变出其他孙大圣.

 

uml类图

 

1、Sheep:原型类,生命一个克隆自己的接口

2、Sheep:具体的原型类,实现一个克隆自己的操作

3、Client:让一个原型对象克隆自己,从而创建一个新的对象(属性一样)

原型模式解决克隆羊问题的应用实例

使用原型模式改进传统方法,让程序具有更高的效率和扩展性.

public class Sheep implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;
    private String color;
    private String address = "蒙古羊";
    public Sheep friend; //是对象, 克隆是会如何处理, 默认是浅拷贝

    public Sheep(String name, int age, String color) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
        this.address = address;
        this.friend = friend;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Sheep{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", color='" + color + '\'' +
                ", address='" + address + '\'' +
                ", friend=" + friend +
                '}';
    }

    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;
    }

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    public String getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }

    public Sheep getFriend() {
        return friend;
    }

    public void setFriend(Sheep friend) {
        this.friend = friend;
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

        Sheep sheep = null;
        try{
            sheep = (Sheep) super.clone();
        }catch(Exception e){
            throw  new RuntimeException(e);
        }
        return sheep;
    }
}

 

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("原型模式完成对象的创建"); // TODO Auto-generated method stub
        Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
        sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");
        Sheep sheep2 = (Sheep) sheep.clone(); //克隆
        Sheep sheep3 = (Sheep) sheep.clone(); //克隆
        Sheep sheep4 = (Sheep) sheep.clone(); //克隆
        Sheep sheep5 = (Sheep) sheep.clone(); //克隆
        System.out.println("sheep3 =" + sheep3 + "sheep3.friend=" + sheep3.friend.hashCode());
        System.out.println("sheep4 =" + sheep4 + "sheep4.friend=" + sheep4.friend.hashCode());
        System.out.println("sheep5 =" + sheep5 + "sheep5.friend=" + sheep5.friend.hashCode());
    }
}

原型模式在Spring框架中源码分析

Spring中原型bean的创建,就是原型模式的应用

浅拷贝和深拷贝

1、对于数据类型是基本类型的成员变量,浅拷贝会直接进行值传递,也就将该属性值复制一份新的对象.

2、对于数据类型是引用数据类型的成员变量,比如说成员变量是某个数组、某个类的对象实例等,那么浅拷贝会进行引用传递,也就是只是将该成员变量的引用值(内存地址)复制一份给新的对象.因为实际上两个对象的该成员变量都指向同一个实例,在这个情况下,在一个对象中修改该成员变量会影响到另一个对象的该成员变量值 

3、浅拷贝可以使用默认的clone方法实现

 

深拷贝的基本介绍

1、复制对象的所有基本数据类型的成员变量值

2、为所有引用数据类型的成员变量申请存储空间,并复制每个引用数据类型成员变量所引用的对象,直到该对象可达的所有对象.也就是说,对象进行深拷贝要对整个对象(包括对象的引用类型)进行拷贝

3、实现方法

　　a) 重写clone方法

　　b) 通过对象序列化实现(推荐)

public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable {
    private String cloneName;
    private String cloneClass;

    //构造器
    public DeepCloneableTarget(String cloneName, String cloneClass) {
        this.cloneName = cloneName;
        this.cloneClass = cloneClass;
    }

    //因为该类的属性，都是 String , 因此我们这里使用默认的 clone 完成即可 @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable {
    public String name; //String 属性
    public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用类型

    public DeepProtoType() {
        super();
    }

    //深拷贝 - 方式 1 使用clone 方法
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Object deep = null;
        //这里完成对基本数据类型(属性)和 String 的克隆
        deep = super.clone();
        //对引用类型的属性，进行单独处理
        DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType) deep;
        deepProtoType.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget) deepCloneableTarget.clone();
        return deepProtoType;
    }

    //深拷贝 - 方式 2 通过对象的序列化实现 (推荐)
    public Object deepClone() {
        //创建流对象
        ByteArrayOutputStream bos = null;
        ObjectOutputStream oos = null;
        ByteArrayInputStream bis = null;
        ObjectInputStream ois = null;
        try {
            //序列化
            bos = new ByteArrayOutputStream();
            oos = new ObjectOutputStream(bos);
            oos.writeObject(this); //当前这个对象以对象流的方式输出
            //反序列化
            bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ois = new ObjectInputStream(bis);
            DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType) ois.readObject();
            return copyObj;
        } catch (
                Exception e) {
            // TODO: handle exception
            e.printStackTrace();
            return null;
        } finally {
            //关闭流
            try {
                bos.close();
                oos.close();
                bis.close();
                ois.close();
            } catch (Exception e2) {
                // TODO: handle exception
                System.out.println(e2.getMessage());
            }
        }
    }
}

原型模式的注意事项和细节

1、创建新的对象比较复杂时,可以利用原型模式简化对象的创建过程,同时也能够提高效率

2、不用重新初始化对象,而是动态地获得对象运行时的状态

3、如果原始对象发生变化(增加或者减少属性),其他克隆对象也会发生相应的变化,无需修改代码

4、在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码

5、缺点:需要为每一个类配备一个克隆方法,这对全新的类来说不是很难,但对已有的类进行改造时,需要修改其源代码,违背了ocp原则.