图解Java设计模式之原型模式

克隆羊的问题

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。

传统方式解决克隆羊的问题

在这里插入图片描述

package com.example.demo.prototype;

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;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + "]";
    }
    
}
package com.example.demo.prototype;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Sheep sheep = new Sheep("小样", 12, "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());
        System.out.println(sheep.toString());
        System.out.println(sheep2.toString());
        System.out.println(sheep3.toString());
        System.out.println(sheep4.toString());
    }
}

传统的方式的优缺点：
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

原型模式 - 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，运行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现创建，即对象.clone()
4）形象的理解：孙大圣拔出猴毛，变出其它孙大圣

在这里插入图片描述

原型结构图说明：
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）

package com.example.demo.prototype.improve;

public class Sheep implements Cloneable{
    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;
    }
    
    /**
     * 克隆该实例，使用默认的clone方法来完成
     */
    @Override
    protected Sheep clone() {
        Sheep sheep = null;
        try {
            sheep = (Sheep)super.clone();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return sheep;
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + "]";
    }
    
}
package com.example.demo.prototype.improve;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Sheep sheep = new Sheep("小样", 12, "白色");
        Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone();
        Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone();
        Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone();
        System.out.println(sheep.toString());
        System.out.println(sheep2.toString());
        System.out.println(sheep3.toString());
        System.out.println(sheep4.toString());
    }
}

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

在这里插入图片描述

浅拷贝的介绍

1）对于数据类型是基本数据类的成员变量，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）前面的克隆羊是浅拷贝
4）浅拷贝是使用默认的clone（）方法来实现
sheep = (Sheep)supper.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

package com.example.demo.prototype.deepclone;

import java.io.Serializable;

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;
    }
    
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        // TODO Auto-generated method stub
        return super.clone();
    }

}
package com.example.demo.prototype.deepclone;

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;

public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable {

    /**
     * 
     */
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    
    /**
     * 属性
     */
    public String name;
    
    /**
     * 引用类型
     */
    public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;
    
    public DeepProtoType() {
        
    }
    
    /**
     * 深拷贝 - 方式1 使用clone 方法
     */
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Object deepObject = null;
        // 这里完成对基本数据类型（属性）和String的克隆
        deepObject = super.clone();
        // 对引用类型的属性，进行单独处理
        DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deepObject;
        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）
     * 
     * @return
     */
    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 copyObjecType = (DeepProtoType)ois.readObject();
            return copyObjecType;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        } finally {
            // 关闭流
            try {
                bos.close();
                oos.close();
                bis.close();
                ois.close();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        
    }

}
package com.example.demo.prototype.deepclone;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DeepProtoType deepProtoType = new DeepProtoType();
        deepProtoType.name = "松江";
        deepProtoType.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "大牛的类");
        
        // 方式1 完成深拷贝
        //DeepProtoType deepProtoType2 = (DeepProtoType)deepProtoType.clone();
        
        //System.out.println("deepProtoType.name = " + deepProtoType.name + "deepProtoType.deepCloneableTarget = " + deepProtoType.deepCloneableTarget.hashCode());
        //System.out.println("deepProtoType.name = " + deepProtoType2.name + "deepProtoType.deepCloneableTarget = " + deepProtoType2.deepCloneableTarget.hashCode());
        
        DeepProtoType deepProtoType2 = (DeepProtoType)deepProtoType.deepClone();
        
        System.out.println("deepProtoType.name = " + deepProtoType.name + "deepProtoType.deepCloneableTarget = " + deepProtoType.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println("deepProtoType.name = " + deepProtoType2.name + "deepProtoType.deepCloneableTarget = " + deepProtoType2.deepCloneableTarget.hashCode());
    }
}

原型模型的注意事项和细节
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编号，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：需要为每一个类装配一个克隆方法，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，这点需要注意。

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