设计模式之原型模式（深拷贝和浅拷贝）
讲原型模式前先来看下克隆羊问题：
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。
传统方式解决该问题：
思路：
package com.atguigu.prototype;
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);
//...
}
}
传统方法优缺点：
- 优点是比较好理解，简单易操作。
- 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
- 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
原型模式
基本介绍
- 原型模式（Prototype 模式）：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：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：孙大圣拔出猴毛， 变出其它孙大圣。
结构图
- Prototype：原型类，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）
package prototype;
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 + "]";
}
//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) {
// TODO: handle exception
// System.out.println(e.getMessage());
}
// TODO Auto-generated method stub
return sheep;
}
}
package prototype;
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 stub
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());
}
}
原型模式在 Spring 框架中源码分析
1、Spring 中原型 bean 的创建，就是原型模式的应用
2、代码分析+Debug 源码
浅拷贝和深拷贝
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
- 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();
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)
深拷贝实例
package prototype.deepclone;
import java.io.Serializable;
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;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
package prototype.deepclone;
import java.io.*;
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();
return deepProtoType;
}
//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) {
return null;
}
finally {
//关闭流
try {
bos.close();
oos.close();
bis.close();
ois.close();
}
catch (Exception e2) {
System.out.println(e2.getMessage());
}
}
}
}
package prototype.deepclone;
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=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
//方式 2 完成深拷贝
DeepProtoType p3 = (DeepProtoType) p.deepClone();
System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
System.out.println("p.name=" + p.name + "p3.deepCloneableTarget=" + p3.deepCloneableTarget.hashCode());
}
}
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