原型模式

克隆羊问题描述 :

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

类图:

1608295207284

代码实现:

  1. 羊的实体类

    public class Sheep {
    	private String name;
    	private int age;
    	private String color;
    }
    
  2. 客户端,发出克隆羊的指令

    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());
    		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. 缺点: 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. 缺点: 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

JavaObject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cloneJava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

1. 原型模式

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,允许一个对象在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()

原型模式原理结构图(uml类图)

1608295392200

原理结构图说明

  1. Prototype:原型类,在该类中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)

代码示例:

  1. 羊的实体类

    public class Sheep implements Cloneable {
    	private String name;
    	private int age;
    	private String color;
    
    	// 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) {
    			System.out.println(e.getMessage());
    		}
    		return sheep;
    	}
        
        // ...
    
    
  2. 利用原型模式创建对象

    public class Client {
    
    	public static void main(String[] args) {
    		System.out.println("原型模式完成对象的创建");
    		
    		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 + "sheep2.hashCoe=" + sheep2.hashCode());
    		System.out.println("sheep3 =" + sheep3 + "sheep3.hashCoe=" + sheep3.hashCode());
    		System.out.println("sheep4 =" + sheep4 + "sheep4.hashCoe=" + sheep4.hashCode());
    		System.out.println("sheep5 =" + sheep5 + "sheep5.hashCoe=" + sheep5.hashCode());
    	}
    
    }
    
    
  3. 运行结果

    原型模式完成对象的创建
    sheep2 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色];sheep2.hashCoe=366712642
    sheep3 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色];sheep3.hashCoe=1829164700
    sheep4 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色];sheep4.hashCoe=2018699554
    sheep5 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色];sheep5.hashCoe=1311053135
    

2. 浅拷贝和深拷贝的概念

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,浅拷贝是使用默认的clone()方法来实现:sheep = (Sheep) super.clone();

代码示例:

  1. 羊实例
public class Sheep implements Cloneable {
	private String name;
	private int age;
	private String color;
	private String address = "蒙古";
	public Sheep friend; // 对象克隆时会如何处理,默认是浅拷贝

	// 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) {
			System.out.println(e.getMessage());
		}
		return sheep;
	}
    
    // ...

  1. 测试代码

    public class Client {
    
    	public static void main(String[] args) {
    		System.out.println("原型模式完成对象的创建");
    		
    		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());
    	}
    
    }
    
    
  2. 打印结果,可以看出,所有clone出来的对象的friend字段的hashCode都是一样的

    原型模式完成对象的创建
    sheep2 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古]sheep2.friend=366712642
    sheep3 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古]sheep3.friend=366712642
    sheep4 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古]sheep4.friend=366712642
    sheep5 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古]sheep5.friend=366712642
    
    

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(朋友的朋友的朋友都是新的)
  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)

3. 深拷贝应用实例

新建一个类,作为测试类中的成员属性

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();
	}
}

两种方式的实现:

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
    //问题: 如果引用类型还有其引用类型字段,则无法完成,
    // 若本类有多个引用类型字段,则要多次操作
	@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();		
		DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType) deep;
		// 对引用类型的属性,进行单独处理,
		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)
    //利用序列化,反序列化对对象进行全量深拷贝
	public Object deepClone() {
		// 创建流对象
		ByteArrayOutputStream bos = null;
		ObjectOutputStream oos = null;
		ByteArrayInputStream bis = null;
		ObjectInputStream ois = null;

		try {
			// 序列化, 将数据写入到字节数组中
			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(); // 从流中读入对象

			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) {
				System.out.println(e2.getMessage());
			}
		}
	}

}

测试代码:都是成功拷贝的

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1 完成深拷贝
		DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.clone();
		System.out.println("p.name=" + p.name + ";p.deepCloneableTarget.hashCode=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
		System.out.println("p2.name=" + p2.name + ";p2.deepCloneableTarget.hashCode=" + 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.hashCode=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
//		System.out.println("p2.name=" + p2.name + ";p2.deepCloneableTarget.hashCode=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
	}

}

4. 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,可以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,其实使用序列化机制实现克隆的代码也不难
  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
posted @ 2021-01-10 00:51  哈哈丶丶  阅读(73)  评论(0编辑  收藏  举报