【设计模式从入门到精通】03-原型模式
笔记来源：尚硅谷Java设计模式（图解+框架源码剖析）
文章目录
- 原型模式
-
- 1、克隆羊问题
- 2、基本介绍
- 3、原理结构图（UML 类图）
- 4、原型模式解决克隆羊问题
- 5、JDK 源码分析
- 6、浅拷贝和深拷贝
-
- 浅拷贝基本介绍
- 深拷贝基本介绍
- 7、注意事项和细节
原型模式
1、克隆羊问题
现在有一只羊，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
传统方法
public class Sheep {
private String name;
private Integer age;
public Sheep(String name, Integer age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public Integer getAge() {
return age;
}
public void setAge(Integer age) {
this.age = age;
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Sheep sheep = new Sheep("Tom", 1, "白色");
System.out.println(sheep);
}
}
}
传统方法优缺点
- 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
改进的思路分析
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
2、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种类，并通过拷贝原型创建新的对象
-
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() -
4）形象的理解：孙大圣拔出猴毛，变出其它孙大圣
3、原理结构图（UML 类图）
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，创建一个新的对象（属性相同）
4、原型模式解决克隆羊问题
使用原型模式改进传统方式式，让程序具有更高的效率和扩展性
UML 类图
核心代码
public class Sheep implements Cloneable {
private String name;
private Integer age;
private String color;
public Sheep(String name, Integer age, String color) {
this.name = name;
this.age = age;
this.color = color;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public Integer getAge() {
return age;
}
public void setAge(Integer 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 + '\'' +
'}';
}
@Override
protected Object clone() {
Sheep sheep = null;
try {
sheep = (Sheep) super.clone();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return sheep;
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Sheep sheep = new Sheep("Tom", 1, "白色");
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Sheep sheep1 = (Sheep) sheep.clone();
System.out.println(sheep1);
}
}
}
5、JDK 源码分析
Spring 框架中，创建ApplicationContext时，使用的getBean方法中使用到了原型模式
6、浅拷贝和深拷贝
浅拷贝基本介绍
- 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
- 4）浅拷贝是使用默认的 clone 方法来实现：
sheep=(Sheep)super.clone();
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
- 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
深拷贝方式 1
public class DeepClonableTarget implements Serializable, Cloneable {
private String cloneName;
private String cloneClass;
public DeepClonableTarget(String cloneName, String cloneClass) {
this.cloneName = cloneName;
this.cloneClass = cloneClass;
}
public String getCloneName() {
return cloneName;
}
public void setCloneName(String cloneName) {
this.cloneName = cloneName;
}
public String getCloneClass() {
return cloneClass;
}
public void setCloneClass(String cloneClass) {
this.cloneClass = cloneClass;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
public class DeepPrototype implements Serializable, Cloneable {
private String name;
private DeepClonableTarget deepClonableTarget;
public DeepPrototype() {
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public DeepClonableTarget getDeepClonableTarget() {
return deepClonableTarget;
}
public void setDeepClonableTarget(DeepClonableTarget deepClonableTarget) {
this.deepClonableTarget = deepClonableTarget;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
//基本数据类型拷贝
Object object = super.clone();
//引用类型拷贝
DeepPrototype deepPrototype = (DeepPrototype) object;
deepPrototype.deepClonableTarget = (DeepClonableTarget) deepClonableTarget.clone();
return object;
}
}
public class DeepTest {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
DeepPrototype prototype = new DeepPrototype();
prototype.setName("宋江");
prototype.setDeepClonableTarget(new DeepClonableTarget("及时雨", "及时雨的类"));
DeepPrototype clone1 = (DeepPrototype) prototype.clone();
DeepPrototype clone2 = (DeepPrototype) prototype.clone();
DeepPrototype clone3 = (DeepPrototype) prototype.clone();
DeepPrototype clone4 = (DeepPrototype) prototype.clone();
DeepPrototype clone5 = (DeepPrototype) prototype.clone();
System.out.println(prototype.getName() + ", " + prototype.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 宋江, 1554874502
System.out.println(clone1.getName() + ", " + clone1.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 宋江, 1846274136
System.out.println(clone2.getName() + ", " + clone2.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 宋江, 1639705018
System.out.println(clone3.getName() + ", " + clone3.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 宋江, 1627674070
System.out.println(clone4.getName() + ", " + clone4.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 宋江, 1360875712
System.out.println(clone5.getName() + ", " + clone5.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 宋江, 1625635731
}
}
深拷贝方式 2
public class DeepClonableTarget implements Serializable, Cloneable {
private String cloneName;
private String cloneClass;
public DeepClonableTarget(String cloneName, String cloneClass) {
this.cloneName = cloneName;
this.cloneClass = cloneClass;
}
public String getCloneName() {
return cloneName;
}
public void setCloneName(String cloneName) {
this.cloneName = cloneName;
}
public String getCloneClass() {
return cloneClass;
}
public void setCloneClass(String cloneClass) {
this.cloneClass = cloneClass;
}
}
public class DeepPrototype implements Serializable, Cloneable {
private String name;
private DeepClonableTarget deepClonableTarget;
public DeepPrototype() {
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public DeepClonableTarget getDeepClonableTarget() {
return deepClonableTarget;
}
public void setDeepClonableTarget(DeepClonableTarget deepClonableTarget) {
this.deepClonableTarget = deepClonableTarget;
}
public DeepPrototype deepClone() {
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);
// 反序列化
bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ois = new ObjectInputStream(bis);
return (DeepPrototype) ois.readObject();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return null;
} finally {
try {
if (ois != null) {
ois.close();
}
if (bis != null) {
bis.close();
}
if (oos != null) {
oos.close();
}
if (bos != null) {
bos.close();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
public class DeepTest {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
DeepPrototype prototype = new DeepPrototype();
prototype.setName("宋江");
prototype.setDeepClonableTarget(new DeepClonableTarget("及时雨", "及时雨的类"));
DeepPrototype clone1 = prototype.deepClone();
DeepPrototype clone2 = prototype.deepClone();
DeepPrototype clone3 = prototype.deepClone();
DeepPrototype clone4 = prototype.deepClone();
DeepPrototype clone5 = prototype.deepClone();
System.out.println(prototype.getName() + ", " + prototype.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 宋江, 644117698
System.out.println(clone1.getName() + ", " + clone1.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 宋江, 317574433
System.out.println(clone2.getName() + ", " + clone2.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 宋江, 885284298
System.out.println(clone3.getName() + ", " + clone3.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 宋江, 1389133897
System.out.println(clone4.getName() + ", " + clone4.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 宋江, 1534030866
System.out.println(clone5.getName() + ", " + clone5.getDeepClonableTarget().hashCode()); // 宋江, 664223387
}
}
方式 1 和方式 2 对比
- 在对象引用类型的成员属性较少时，方式 1 简单；在对象引用类型的成员属性较多时，方式 2 简单
- 在对象引用类型的成员属性经常发生变化时，方式 1 需要同步修改，方式 2 不用修改
- 推荐使用方式 2：耦合性低、可维护性强、扩展性高
7、注意事项和细节
- 1）优点：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）优点：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）优点：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）缺点：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OCP 原则，这点请同学们注意