【设计模式】原型模式

原型模式基本介绍

• 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

• 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

• 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()

• 形象的理解：孙悟空拔猴毛变多个孙悟空出来（一块石头吸收天地灵气日月精华才蹦出一个孙悟空，但是通过复制，也就是拔猴毛变孙悟空就快多了，这就是原型模式的意义）

模式的结构

　　原型模式包含以下主要角色：

1. 抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的接口

2. 具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象

3. 访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象

　　

模式的实现

　　原型模式的克隆分为浅拷贝和深拷贝，Java 中的 Object 类提供了浅拷贝的 clone() 方法，具体原型类只要实现 Cloneable 接口就可实现对象的浅拷贝，这里的 Cloneable 接口就是抽象原型类。其代码如下：

// 具体原型类
class Realizetype implements Cloneable {
 
    Realizetype() {
        System.out.println("具体原型创建成功！");
    }
 
    @Override
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("具体原型复制成功！");
        return (Realizetype)super.clone();
    }
}
 
// 原型模式的测试类
public class PrototypeTest {
 
    public static void main (String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Realizetype obj1 = new Realizetype();
        Realizetype obj2 = (Realizetype)obj1.clone();
        System.out.println("obj1==obj2?" + (obj1 == obj2));
    }

}

 　　程序的运行结果如下：

1. 具体原型创建成功！
2. 具体原型复制成功！
3. obj1==obj2?false

　　obj1==obj2?false的原因是因为这确实是两个不同的对象，浅拷贝和深拷贝这两个概念针对的是对象的成员变量，并不是针对这个对象

 　　举个例子

　　一个孙悟空变成两个孙悟空，确实是两个不同的对象（一个从石头里蹦出来，一个是猴毛变的，产地不一样所以对比是false），他们的外貌（就是基本数据类型的成员变量），浅拷贝可直接复制一份，所以两个孙悟空的外貌一模一样。但是他们的灵魂（就是引用数据类型的成员变量）还是同一个孙悟空的，也就是同一个打妖怪保护师傅的灵魂。如果你想把灵魂都复制一份，造出一个六耳猕猴，你就得用深拷贝进行复制，就可以得到一个和孙悟空完全不同的六耳猕猴的灵魂，但他们的外貌还是一模一样。

原型模式在 Spring 框架中源码分析

 　　解析：Spring 中原型 bean 的创建，就是原型模式的应用

　　

深入讨论-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

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（包括对象的引用类型）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）

原型模式的应用场景

　　原型模式通常适用于以下场景

1. 对象之间相同或相似，即只是个别的几个属性不同的时候

2. 对象的创建过程比较麻烦，但复制比较简单的时候

　　示例：用原型模式生成“三好学生”奖状。

　　分析：同一学校的“三好学生”奖状除了获奖人姓名不同，其他都相同，属于相似对象的复制，同样可以用原型模式创建，然后再做简单修改就可以了。图 4 所示是三好学生奖状生成器的结构图。

　　

public class ProtoTypeCitation {
 
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        citation obj1 = new citation("赵鑫","同学：在2017年表现优秀，被评为三好学生。","0228首期班");
        obj1.display();
        citation obj2 = (citation)obj1.clone();
        obj2.setName("邓茂杰"); 
        obj2.display();
    }
}
 
// 奖状类
class citation implements Cloneable {
 
    String name;
    String info;
    String college;
 
    citation (String name, String info, String college) {
        this.name = name;
        this.info = info;
        this.college = college;
        System.out.println("奖状创建成功！");
    }
 
    void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    String getName() {
        return (this.name);
    }
 
    void display() {
        System.out.println(name + info + college);
    }
 
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("奖状拷贝成功！");
        return (citation)super.clone();
    }
}

　　程序运行结果如下：

1. 奖状创建成功！
2. 赵鑫同学：在2017年表现优秀，被评为三好学生。0228首期班
3. 奖状拷贝成功！
4. 邓茂杰同学：在2017年表现优秀，被评为三好学生。0228首期班

原型模式的扩展

　　原型模式可扩展为带原型管理器的原型模式，它在原型模式的基础上增加了一个原型管理器 PrototypeManager 类。该类用 HashMap 保存多个复制的原型，Client 类可以通过管理器的 get(String id) 方法从中获取复制的原型。其结构图如图 5 所示。

　　

　　示例：用带原型管理器的原型模式来生成包含“圆”和“正方形”等图形的原型，并计算其面积。

　　分析：本实例中由于存在不同的图形类，例如，“圆”和“正方形”，它们计算面积的方法不一样，所以需要用一个原型管理器来管理它们，图 6 所示是其结构图。

　　

import java.util.*;
 
interface Shape extends Cloneable {
 
    public Object clone();    //拷贝
    public void countArea();    //计算面积
}
 
class Circle implements Shape {
 
    public Object clone() {
        Circle w = null;
        try {
            w = (Circle)super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            System.out.println("拷贝圆失败!");
        }
        return w;
    }
 
    public void countArea() {
        int r = 0;
        System.out.print("这是一个圆，请输入圆的半径：");
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        r = input.nextInt();
        System.out.println("该圆的面积="+3.1415*r*r+"\n");
    }
}
 
class Square implements Shape {
 
    public Object clone() {
        Square b = null;
        try {
            b = (Square)super.clone();
        } catch(CloneNotSupportedException e) {
            System.out.println("拷贝正方形失败!");
        }
        return b;
    }
 
    public void countArea() {
        int a = 0;
        System.out.print("这是一个正方形，请输入它的边长：");
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        a = input.nextInt();
        System.out.println("该正方形的面积="+a*a+"\n");
    }
}
 
class ProtoTypeManager {
 
    private HashMap<String, Shape> ht = new HashMap<String,Shape>(); 
 
    public ProtoTypeManager() {
        ht.put("Circle",new Circle());
        ht.put("Square",new Square());
    } 
 
    public void addshape(String key,Shape obj) {
        ht.put(key,obj);
    }
 
    public Shape getShape(String key) {
        Shape temp = ht.get(key);
        return (Shape)temp.clone();
    }
}
 
public class ProtoTypeShape {
 
    public static void main(String[] args) {
        ProtoTypeManager pm = new ProtoTypeManager();    
        Shape obj1 = (Circle)pm.getShape("Circle");
        obj1.countArea();          
        Shape obj2 = (Shape)pm.getShape("Square");
        obj2.countArea();     
    }
}

　　运行结果如下所示：

1. 这是一个圆，请输入圆的半径：3
2.  该圆的面积=28.2735
3.  
4. 这是一个正方形，请输入它的边长：3
5. 该正方形的面积=9

 

原文链接：https://blog.csdn.net/qq784515681/article/details/105500505