Java设计模式（四）—— 原型模式
目录
一、问题的提出
二、原型模式
三、原型模式具体实现方法
（1）利用构造函数方法
浅复制
深复制
（2）利用Cloneable接口方法
浅复制
深复制
（3）利用Serializable序列化接口方法
原型模式是指用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象。适合原型模式的情景如下：
- 程序需要从一个对象出发，得到若干个和其状态相同，并可独立变化其状态的对象时；
- 对象创建需要独立于它的构造方法和表示时
- 以原型对象为基础，克隆新的对象，并完善对象实例变量时
一、问题的提出
在计算机程序开发过程中，有时会遇到为一个类创建多个实例的情况，这些实例内部成员往往完全相同或有细微的差异，而且实力的创建开销比较大或者需要输入较多参数。如果能通过复制一个已创建的对象实例来重复创建多个相同的对象，这就可以大大减少创建对象的开销，这个时候就需要原型模式。
二、原型模式
原型模式是指使用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象，原型模式是一种对象创建型模式。
原型模式复制功能分为浅复制和深复制：
（1）浅复制
浅复制（Shallow Copy）是指在复制一个对象时，仅复制对象本身及其所有基本数据类型的成员变量。而对于非基本数据类型的成员变量，则只是将其引用复制过来，因此，原对象和复制后的对象会共享同一个引用对象。因此，如果原对象的引用对象发生改变，复制后的对象也会受到影响。
（2）深复制
深复制（Deep Copy）是指在复制一个对象时，不仅复制对象本身及其所有基本数据类型的成员变量，而且会对所有的非基本数据类型的成员变量进行递归复制。因此，原对象和复制后的对象不会共享任何引用对象。
三、原型模式具体实现方法
student类：
student类包含两个基本数据类型name、age、一个引用类型变量add。
package shejimoshi.yuanxing;
public class Student {
String name;
int age;
Address add;
public Student(String name, int age, Address add) {
this.name = name;
this.age = age;
this.add = add; //籍贯
}
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 Address getAdd() {
return add;
}
public void setAdd(Address add) {
this.add = add;
}
}
Address类：
package shejimoshi.yuanxing;
class Address{
String pro; //出生省
String city; //出生市
String zip; //出生地邮编
public Address(String pro, String city, String zip) {
this.pro = pro;
this.city = city;
this.zip = zip;
}
public String getPro() {
return pro;
}
public void setPro(String pro) {
this.pro = pro;
}
public String getCity() {
return city;
}
public void setCity(String city) {
this.city = city;
}
public String getZip() {
return zip;
}
public void setZip(String zip) {
this.zip = zip;
}
}原型复制常用方法有三种：利用构造函数方法、利用Cloneable接口方法、利用Serializable序列化接口方法。
（1）利用构造函数方法
浅复制
所需类代码如下所示：
这里写了一个构造方法，传入一个Student对象进行复制。利用已经创建好的学生对象s，构建复制对象copy_s。
package shejimoshi.yuanxing;
public class Student {
String name;
int age;
Address add;
public Student(String name, int age, Address add) {
this.name = name;
this.age = age;
this.add = add; //籍贯
}
Student(Student s) {
name = s.getName();
age = s.getAge();
add = s.getAdd(); //引用地址拷贝
}
}
测试类：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Address address = new Address("辽宁","大连","1618020202");
Student s = new Student("zhangyin",20,address);
//在这里复制出一个对象
Student copy_s = new Student(s);
System.out.println(copy_s.getName());
System.out.println(copy_s.getAge());
System.out.println(copy_s.getAdd().city);
}
}深复制
在深复制中其实就是复制引用类型对象时创建了一个新的
public class Student {
String name;
int age;
Address add;
public Student(String name, int age, Address add) {
this.name = name;
this.age = age;
this.add = add; //籍贯
}
Student(Student s) {
name = s.getName();
age = s.getAge();
add = new Address(s.getAdd());
}
}class Address{
String pro; //出生省
String city; //出生市
String zip; //出生地邮编
public Address(String pro, String city, String zip) {
this.pro = pro;
this.city = city;
this.zip = zip;
}
public Address(Address address) {
pro = address.getPro();
city = address.getCity();
zip = address.getZip();
}
//省略setter getter
}（2）利用Cloneable接口方法
Java类都继承自Object类。事实上，Object类提供了一个clone() 方法，可以将一个Java对象复制一份，因此在Java中可以直接用Object提供clone()方法来实现对象的克隆。但是clone是一个protected的方法，外部类不能直接调用。在此Java规定了对象复制规范：能够实现复制的Java类必须实现一个标识接口Cloneable。
该接口中没有定义任何方法，因此它仅是起到一个标识作用，表达的语义是：该类用到了对象复制功能，因此抛开本模式而言，空接口有时也是非常有意义的。
浅复制
public class Student implements Cloneable{
String name;
int age;
Address add;
public Student(String name, int age, Address add) {
this.name = name;
this.age = age;
this.add = add; //籍贯
}
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
测试类：
public class Test {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Address address = new Address("辽宁","大连","1618020202");
Student zy = new Student("zhangyin",20,address);
//深复制
Student copy_zy = (Student) zy.clone();
System.out.println(copy_zy.getName());
System.out.println(copy_zy.getAge());
System.out.println(copy_zy.getAdd().city);
}
}深复制
public class Student implements Cloneable{
String name;
int age;
Address add;
public Student(String name, int age, Address add) {
this.name = name;
this.age = age;
this.add = add; //籍贯
}
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Student s = (Student)super.clone();
s.setAdd((Address) add.clone());
return s;
}
}class Address implements Cloneable{
String pro; //出生省
String city; //出生市
String zip; //出生地邮编
public Address(String pro, String city, String zip) {
this.pro = pro;
this.city = city;
this.zip = zip;
}
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException{
return (Address)super.clone();
}
}（3）利用Serializable序列化接口方法
利用构造方法、Cloneable接口方法实现对象深复制都稍显复杂，而利用Serializable序列化接口方法实现深复制要简单的多。Serializable接口同样是一个空接口，表示该对象支持序列化技术。
这是一个 Java 中的 clone() 方法的实现，它创建了一个与原始对象状态相同的新对象实例。该方法创建了一个新的 ByteArrayOutputStream 和 ObjectOutputStream 对象，用于将原始对象序列化为字节流。然后，使用 ByteArrayInputStream 和 ObjectInputStream 对字节流进行反序列化，并将结果对象作为克隆返回。
需要注意的是，该实现仅适用于被克隆的类可序列化，这意味着它实现了 java.io.Serializable 接口。如果类不可序列化，则会抛出异常。
此外，在序列化或反序列化过程中可能发生任何异常，需要进行异常处理。在此实现中，任何异常都会被捕获并使用 printStackTrace() 方法打印到标准错误输出。但这并不是一个好习惯，因为它会使错误诊断变得困难。更好的做法是抛出一个 CloneNotSupportedException 异常，并提供有意义的错误消息。
public class Student implements Cloneable, Serializable {
String name;
int age;
Address add;
public Student(String name, int age, Address add) {
this.name = name;
this.age = age;
this.add = add; //籍贯
}
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
//在这一行，我们创建了一个 obj 对象，用于存储克隆后的对象。
Object obj = null;
try {
/*
* 这三行代码使用 Java 的序列化机制将当前对象 this 序列化为字节数组并存储在 bos 中。
* 首先，我们创建了一个 ByteArrayOutputStream 对象 bos，用于存储序列化后的字节数组。
* 接着，我们创建了一个 ObjectOutputStream 对象 oos，它的作用是将对象序列化为字节流。
* 最后，我们将当前对象 this 写入 oos 对象中，从而将其序列化为字节数组并存储在 bos 中。
* */
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(this);
//从流里读回来
/*
* 这三行代码将 bos 中的字节数组反序列化为对象。
* 我们首先使用 ByteArrayInputStream 对象 bis 将字节数组包装为输入流。
* 接着，我们使用 ObjectInputStream 对象 ois，它的作用是将字节流反序列化为对象。
* 最后，我们使用 ois 对象的 readObject() 方法从输入流中读取对象并将其存储在 obj 中。
* */
ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
obj = ois.readObject();
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return obj;
}class Address implements Serializable {
String pro; //出生省
String city; //出生市
String zip; //出生地邮编
public Address(String pro, String city, String zip) {
this.pro = pro;
this.city = city;
this.zip = zip;
}
}Serializable接口是Java中的一个标记接口，它不包含任何方法或字段，仅仅是用于标识一个类可以被序列化。序列化是指将对象转换为可存储或传输的格式的过程，反序列化则是将这种格式的数据还原成原始的对象。
要利用Serializable接口进行序列化和反序列化，需要完成以下步骤：
-
让类实现Serializable接口 需要让需要序列化的类实现Serializable接口，这样就可以将其对象序列化为字节流并传输或存储。
-
创建ObjectOutputStream对象 在进行序列化时，需要将对象序列化为字节流并传输或存储，这需要使用ObjectOutputStream对象来实现。创建ObjectOutputStream对象时需要传入一个OutputStream对象，OutputStream对象可以是文件输出流或网络输出流。
-
调用ObjectOutputStream的writeObject方法 使用ObjectOutputStream对象的writeObject方法将需要序列化的对象写入到输出流中。
-
创建ObjectInputStream对象 在进行反序列化时，需要将字节流还原为原始对象，这需要使用ObjectInputStream对象来实现。创建ObjectInputStream对象时需要传入一个InputStream对象，InputStream对象可以是文件输入流或网络输入流。
-
调用ObjectInputStream的readObject方法 使用ObjectInputStream对象的readObject方法将从输入流中读取序列化的对象，并返回原始的对象。
下面是一个使用Serializable接口进行序列化和反序列化的示例代码：
import java.io.*;
public class SerializableExample {
public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
// 创建一个需要序列化的对象
Person person = new Person("Tom", 20);
// 创建ObjectOutputStream对象，将对象序列化到文件中
FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("person.dat");
ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(fileOutputStream);
objectOutputStream.writeObject(person);
objectOutputStream.close();
// 创建ObjectInputStream对象，将文件中的字节流反序列化为对象
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("person.dat");
ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(fileInputStream);
Person person2 = (Person) objectInputStream.readObject();
objectInputStream.close();
// 输出反序列化后的对象信息
System.out.println(person2.getName()); // Tom
System.out.println(person2.getAge()); // 20
}
}
class Person implements Serializable {
private String name;
private int age;
public Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public int getAge() {
return age;
}
}