Java设计模式-原型模式

目录

一、克隆羊问题

二、传统方式解决

三、基本介绍

四、浅拷贝和深拷贝

（一）浅拷贝介绍

（二）深拷贝

五、原型模式深拷贝

（一）重写clone方法

（二）对象序列化

六、注意事项

一、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。

二、传统方式解决

羊类

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;}@Overridepublic String toString() {return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + "]";}}

最常用的思路就是直接new

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);//...}}

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

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

三、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()

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)

羊继承cloneable接口，重写clone方法

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;}@Overridepublic 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@Overrideprotected Object clone(){Sheep sheep = null;try {sheep = (Sheep)super.clone();} catch (Exception e) {// TODO: handle exceptionSystem.out.println(e.getMessage());}// TODO Auto-generated method stubreturn sheep;}}

克隆

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 stubSheep 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());}}

这样的好处是当羊类发生修改的时候只需要修改上面代码中的sheep对象，而不像传统那样每个都需要修改

需要知道这样的原型模式是浅拷贝

四、浅拷贝和深拷贝

（一）浅拷贝介绍

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（观察每只羊的friend的hashCode）
4. 浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现 sheep = (Sheep) super.clone();

（二）深拷贝

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)

五、原型模式深拷贝

准备工作

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@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}}

DeepCloneableTarget 作为DeepProtoType 的一个引用属性

（一）重写clone方法

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@Overrideprotected 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();// TODO Auto-generated method stubreturn deepProtoType;}}

调用

public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {// TODO Auto-generated method stubDeepProtoType 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());}}

（二）对象序列化

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 exceptione.printStackTrace();return null;} finally {//关闭流try {bos.close();oos.close();bis.close();ois.close();} catch (Exception e2) {// TODO: handle exceptionSystem.out.println(e2.getMessage());}}}}

调用

public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {// TODO Auto-generated method stubDeepProtoType p = new DeepProtoType();p.name = "宋江";p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛");//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());}}

六、注意事项

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，违背了开放-封闭ocp原则，这点请同学们注意.