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:

羊的实体类

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

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:

优点是比较好理解，简单易操作
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
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

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

1. 原型模式

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，允许一个对象在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()

原型模式原理结构图（uml类图）

1608295392200

原理结构图说明

Prototype：原型类，在该类中声明一个克隆自己的接口
ConcretePrototype：具体的原型类，实现一个克隆自己的操作
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:

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;
	}
    
    // ...

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());
	}

}

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 :

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
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:

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;
	}
    
    // ...

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());
	}

}

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 :

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进行拷贝(朋友的朋友的朋友都是新的)
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)

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

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，可以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，其实使用序列化机制实现克隆的代码也不难
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(68) 评论(0) 编辑收藏举报

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原型模式

1. 原型模式

2. 浅拷贝和深拷贝的概念

3. 深拷贝应用实例

4. 原型模式的注意事项和细节

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