设计模式之原型模式

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。

1.1 传统方式解决克隆羊问题

1.2 代码

/**
 * @author: LiDeLin  [email protected]
 * @date: 2019/11/4
 * @description :
 */
public class Sheep {

    private String name;
    private int age;
    private String color;

    public Sheep(String name, int 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 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 + '\'' +
                '}';
    }
}

/**
 * @author: LiDeLin  [email protected]
 * @date: 2019/11/4
 * @description :
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        //传统方法
        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);

    }

}

1.3 传统方式的缺点

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
4. 改进的思路分析
5. 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

二、原型模式

2.1 原型模式基本介绍

1. 原型模式(Prototype)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. 原型模式是一种创见性设计模式，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：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他们自己来实施创建，即对象.clone()
4. 形象的理解：孙悟空拔出猴毛，变出其他孙悟空

2.2 原型模式原理结构uml类图

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）

2.3 原型模式解决克隆羊问题的应用实例

/**
 * @author: LiDeLin  [email protected]
 * @date: 2019/11/4
 * @description :
 */
public class Sheep  implements Cloneable{

    private String name;
    private int age;
    private String color;
    private String address = "羊村";

    //对象
    private Sheep friend;

    public String getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }

    public Sheep getFriend() {
        return friend;
    }

    public void setFriend(Sheep friend) {
        this.friend = friend;
    }

    public Sheep(String name, int 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 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
     * @return
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    @Override
    protected Object clone()  {

        Sheep sheep = null;
        try {
            sheep = (Sheep)super.clone();
        }catch (Exception e){
            System.out.println(e.getMessage());
        }

        return sheep;
    }
}

/**
 * @author: LiDeLin  [email protected]
 * @date: 2019/11/4
 * @description :
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("使用原型模式完成对象的创建");
        Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");


        sheep.setFriend(new Sheep("jack",2,"黑色"));

        Sheep sheep2 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep3 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep4 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep5 = (Sheep) sheep.clone();

        System.out.println(sheep+":"+sheep2.getFriend().hashCode());
        System.out.println(sheep2+":"+sheep2.getFriend().hashCode());
        System.out.println(sheep3+":"+sheep2.getFriend().hashCode());
        System.out.println(sheep4+":"+sheep2.getFriend().hashCode());
        System.out.println(sheep5+":"+sheep2.getFriend().hashCode());
    }

}

2.4 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. 

三、深入讨论-浅拷贝和深拷贝

3.1 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
4. 浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现,sheep = (Sheep) super.clone();

3.2 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( 包括对象的引用类型) 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)

3.3 深拷贝应用实例

1. 使用 重写 clone 方法实现深拷贝
2. 使用序列化来实现深拷贝

public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable {

	/**
	 * 
	 */
	private static final long serialVersionUID = 1L;

	private String cloneName;

	private String cloneClass;

	public DeepCloneableTarget(String cloneName, String cloneClass) {
		this.cloneName = cloneName;
		this.cloneClass = cloneClass;
	}

	/**
	 * 该类的属性，都是String，使用默认的clone
	 * @return
	 * @throws CloneNotSupportedException
	 */
	@Override
	protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
		return super.clone();
	}
}

/**
 * @author: LiDeLin  [email protected]
 * @date: 2019/11/4
 * @description :
 */
public class DeepProtoType implements Serializable,Cloneable {

    private String name;
    /**
     * 引用类型
     */
    private DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;

    public DeepProtoType(String name, DeepCloneableTarget deepCloneableTarget) {
        this.name = name;
        this.deepCloneableTarget = deepCloneableTarget;
    }

    public DeepProtoType() {
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public DeepCloneableTarget getDeepCloneableTarget() {
        return deepCloneableTarget;
    }

    public void setDeepCloneableTarget(DeepCloneableTarget deepCloneableTarget) {
        this.deepCloneableTarget = deepCloneableTarget;
    }


    /**
     * 完成深拷贝 方式1 使用clone
     */
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Object deep = null;
        //这里完成对基本数据类型和字符串的克隆
        deep = super.clone();
        //对引用类型的属性进行单独的处理
        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);
            //当前这个对象以对象流的方式输出
            oos.writeObject(this);

            //反序列化
            bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ois = new ObjectInputStream(bis);
            DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType) ois.readObject();

            return copyObj;
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
            return null;
        } finally {
            //关闭流
            try {
                ois.close();
                bis.close();
                oos.close();
                bos.close();
            }catch (Exception e){
                System.out.println(e.getMessage());
            }
        }

    }
}

四、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，而是动态的获得对象运行时的状态
3. 如果原始对象发生变化(增加或减少属性),其他克隆对象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，未被了ocp原则