原型模式
克隆羊问题
现在有一只羊tom,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5只羊。
传统方式解决克隆羊问题
创建羊这个类
public class Sheep { private String name; private int age; private String color; public Sheep(String name, int age, String color) { super(); this.name = name; this.age = age; this.color = color; } 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; } @Override public String toString() { return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + "]"; } }
new 5只羊
public class Client { public static void main(String[] args) { // TODO Auto-generated method stub //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()); Sheep sheep5 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor()); System.out.println(sheep); System.out.println(sheep2); System.out.println(sheep3); System.out.println(sheep4); System.out.println(sheep5); } }
传统的方式的优缺点
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) 改进的思路分析
思路: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的能力 => 原型模式
原型模式-基本介绍
1) 原型模式(Prototype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) 原型模式是一种创建型设计模式,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) 工作原理是: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:孙大圣拔出猴毛, 变出其它孙大圣
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原型模式原理结构图-uml类图
![](https://img2020.cnblogs.com/blog/1936533/202012/1936533-20201208110005275-99792966.png)
原理结构图说明
1) Prototype : 原型类,声明一个克隆自己的接口
2) ConcretePrototype: 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)
改进后的代码
public class Sheep implements Cloneable { private String name; private int age; private String color; private String address = "蒙古羊"; // 默认给添加个属性 public Sheep(String name, int age, String color) { super(); this.name = name; this.age = age; this.color = color; } 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; } @Override public String toString() { return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + ", address=" + address + "]"; } //克隆该实例,使用默认的clone方法来完成 @Override protected Object clone() { Sheep sheep = null; try { sheep = (Sheep)super.clone(); } catch (Exception e) { // TODO: handle exception System.out.println(e.getMessage()); } // TODO Auto-generated method stub return sheep; } }
public class Client { public static void main(String[] args) { 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 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("sheep2 =" + sheep2 ); System.out.println("sheep3 =" + sheep3 ); System.out.println("sheep4 =" + sheep4 ); System.out.println("sheep5 =" + sheep5 ); } }
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
![](https://img2020.cnblogs.com/blog/1936533/202012/1936533-20201208111140747-1928540683.png)
代码:
beans.xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:p="http://www.springframework.org/schema/p" xmlns:util="http://www.springframework.org/schema/util" xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context" xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd http://www.springframework.org/schema/util http://www.springframework.org/schema/util/spring-util-4.0.xsd http://www.springframework.org/schema/context http://www.springframework.org/schema/context/spring-context-4.0.xsd"> <!-- 这里我们的 scope="prototype" 即 原型模式来创建 --> <bean id="id01" class="com.atguigu.spring.bean.Monster" scope="prototype"/> </beans>
Monster类
public class Monster { private Integer id = 10 ; private String nickname = "牛魔王"; private String skill = "芭蕉扇"; public Monster() { System.out.println("monster 创建.."); } public Monster(Integer id, String nickname, String skill) { //System.out.println("Integer id, String nickname, String skill被调用"); this.id = id; this.nickname = nickname; this.skill = skill; } public Monster( String nickname, String skill,Integer id) { this.id = id; this.nickname = nickname; this.skill = skill; } public Integer getId() { return id; } public void setId(Integer id) { this.id = id; } public String getNickname() { return nickname; } public void setNickname(String nickname) { this.nickname = nickname; } public String getSkill() { return skill; } public void setSkill(String skill) { this.skill = skill; } @Override public String toString() { return "Monster [id=" + id + ", nickname=" + nickname + ", skill=" + skill + "]"; } }
测试:
import org.springframework.context.ApplicationContext; import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext; public class ProtoType { public static void main(String[] args) { // TODO Auto-generated method stub ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("beans.xml"); // 获取monster[通过id获取monster] Object bean = applicationContext.getBean("id01"); System.out.println("bean" + bean); // 输出 "牛魔王" ..... Object bean2 = applicationContext.getBean("id01"); System.out.println("bean2" + bean2); //输出 "牛魔王" ..... System.out.println(bean == bean2); // false // ConfigurableApplicationContext } }
源码解析:
applicationContext.getBean("id01") 这个getBean方法
![](https://img2020.cnblogs.com/blog/1936533/202012/1936533-20201208112615045-187475806.png)
通过这个getBeanFactory方法,工厂,去getBean的
![](https://img2020.cnblogs.com/blog/1936533/202012/1936533-20201208112741355-512507781.png)
通过这个getBeanFactory是同步的,返回的是bean工厂
再往里面追,找到这个getBean方法
这个doGetBean才是最核心的
这个doGetBean方法里面有一个判断分支,判断是否是按照原型
核心代码在这个createBean方法里,返回一个原型实例
浅拷贝和深拷贝
浅拷贝的介绍
1)对于数据类型是基本数据类型的成员变量,浅拷贝会直接进行值传递,也就是将该属性值复制一份给新的对象。
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。在这种情况下,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)前面我们克隆羊就是浅拷贝
4)浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现sheep = (Sheep) super.clone();
比如,在羊的那个类加一个对象的属性
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 public Sheep(String name, int age, String color) { super(); this.name = name; this.age = age; this.color = color; } 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; } @Override public String toString() { return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + ", address=" + address + "]"; } //克隆该实例,使用默认的clone方法来完成 @Override protected Object clone() { Sheep sheep = null; try { sheep = (Sheep)super.clone(); } catch (Exception e) { // TODO: handle exception System.out.println(e.getMessage()); } // TODO Auto-generated method stub return sheep; } }
public class Client { public static void main(String[] args) { 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("sheep2 =" + sheep2 + "sheep2.friend=" + sheep2.friend.hashCode()); 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()); } }
得出结果,黑色的羊这个对象并没有进行克隆。
深拷贝基本介绍
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进行拷贝
3)深拷贝实现方式1:重写clone方法来实现深拷贝
4)深拷贝实现方式2:通过对象序列化实现深拷贝(推荐)
示例:实现Serializable 和 Cloneable 接口
import java.io.Serializable; public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable { private static final long serialVersionUID = 1L; 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(); } }
import java.io.ByteArrayInputStream; import java.io.ByteArrayOutputStream; import java.io.ObjectInputStream; import java.io.ObjectOutputStream; import java.io.Serializable; 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,deep是Object类型,所以可以转成DeepProtoType DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep; deepProtoType.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone(); // TODO Auto-generated method stub 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()); } } } }
测试:
public class Client { public static void main(String[] args) throws Exception { // TODO Auto-generated method stub DeepProtoType p = new DeepProtoType(); p.name = "宋江"; p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛"); //方式1 完成深拷贝 // DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.clone(); // // System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode()); // System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode()); //方式2 完成深拷贝 DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.deepClone(); System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode()); System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode()); } }
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),其它克隆对象的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,这点注意.
《三体》中有句话——弱小和无知不是生存的障碍,傲慢才是。
所以我们不要做一个小青蛙