原型模式

原型模式

原型模式UML类图

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）

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
• 原型模式是一种创造型设计模式，允许一个对象在创建另一个可制定的对象，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()

浅拷贝

• 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。

• 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

• 复制对象的所有基本数据类型的成员变量值
• 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
• 深拷贝实现方式 1： 重写 clone 方法来实现深拷贝
• 深拷贝实现方式 2： 通过对象序列化实现深拷贝(推荐)

原型模式的注意事项和细节

• 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
• 不用重新初始化对象， 而是动态地获得对象运行时的状态
• 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
• 在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码

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， 请同学们注意

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 10只羊

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());
    }
}

传统方式的有缺点

• 易于操作，便于理解
• 在创建新的对象是，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
• 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

改进思路：

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

原型模式解决克隆羊问题

浅拷贝实现Cloneable接口

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) {
        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 + "]";
    }

    @Override
    protected Object clone() {
        Sheep sheep = null;
        try {
            sheep = (Sheep) super.clone();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        return sheep;
    }
}

深拷贝应用实例

• 使用 重写clone方法实现深拷贝
• 使用序列化来实现深拷贝

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();
    }
}

    

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();


    }


    //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) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        } finally {
            //关闭流 try {
            bos.close();
            oos.close();
            bis.close();
            ois.close();
        } catch(Exception e2){
        System.out.println(e2.getMessage());
        }
    }


}

public class Client{
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DeepProtoType p = new DeepProtoType();
       	 p.name = "宋江";
        p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛");
        
        //方式一 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());

}