设计模式（4）——原型模式

矫情吗；* 2023-07-24 05:55 11阅读 0赞

### 目录 ###

*   *   *  传统方法解决克隆羊问题
         *  原型模式
         *  原型模式解决克隆羊问题
         *  原型模式在Spring框架中源码分析
         *  浅拷贝与深拷贝
         *   *  浅拷贝
             *  深拷贝
         *  原型模式的注意事项和细节

*  案例说明：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。

### 传统方法解决克隆羊问题 ###

*  思路分析  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpdW1tbWlu_size_16_color_FFFFFF_t_70]
 *  代码演示

package com.lm.prototype;
    
    public class Client { 
    	public static void main(String[] args) { 
    		//传统的方法
    		Sheep sheep = new Sheep("tome", 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);
    	}
    }

*  传统方式的优缺点
    
     *  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
     *  改进的思路分析
        
         *  **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）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**
     *  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，变成其它孙大圣
 *  原理结构图-UML类图  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpdW1tbWlu_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]
    
     *  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）

### 原型模式解决克隆羊问题 ###

使用原型模式改进传统方式，让程序员具有更高的效率和扩展性

*  代码实现

package com.lm.prototype.improve;
    
    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 (CloneNotSupportedException e) { 
    			System.out.println(e.getMessage());
    		}
    		
    		return sheep;
    	}
    	
    }

### 原型模式在Spring框架中源码分析 ###

*  Spring 中原型bean的创建，就是原型模式的应用
 *  代码分析+Debug源码  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpdW1tbWlu_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

### 浅拷贝与深拷贝 ###

#### 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。
 *  前面我们的克隆羊就是浅拷贝
 *  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（包括对象的引用数据类型）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）

package com.lm.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;
    	}
    	
    	//因为该类的属性，都是String，因此我们这里使用默认的clone完成即可
    	@Override
    	protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 
    		return super.clone();
    	}
    
    }

package com.lm.prototype.deepclone;
    
    import java.io.ByteArrayInputStream;
    import java.io.ByteArrayOutputStream;
    import java.io.IOException;
    import java.io.ObjectInputStream;
    import java.io.ObjectOutputStream;
    import java.io.Serializable;
    
    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 通过对象色序列化实现（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) { 
    			e.printStackTrace();
    			return null;
    		} finally { 
    			try { 
    				bos.close();
    				oos.close();
    				bis.close();
    				ois.close();
    			} catch (Exception e) { 
    				System.out.println(e.getMessage());
    			}
    		}
    	}
    }

package com.lm.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", "大牛的类");
    		
    		//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=" + p2.name + " p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
    		
    		//方式2 完成深拷贝
    		DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.deepClone();
    		System.out.println("p.name=" + p.name + " p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
    		System.out.println("p2.name=" + p2.name + " p2.deepCloneableTarget=" + p2.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，同时也能提高效率**
 *  不用重新初始化对象，而是**动态地获得对象运动时的状态**
 *  如果原始对象发生变化（增加或者减少属性），其它克隆的对象也会发生发生相应的变化，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，这点请注意

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