Java设计模式-原型模式

Bertha 。 2024-02-19 11:55 69阅读 0赞

**目录**

一、克隆羊问题

二、传统方式解决

三、基本介绍

四、浅拷贝和深拷贝

（一）浅拷贝介绍

（二）深拷贝

五、原型模式深拷贝

（一）重写clone方法

（二）对象序列化

六、注意事项

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## 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。

## 二、传统方式解决 ##

羊类

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 + "]";
    	}
    	
    	
    }

最常用的思路就是直接new

public class Client {
    
    	public static void main(String[] args) {
    		// TODO Auto-generated method stub
    		//传统的方法
    		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);
    		//...
    	}
    
    }

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**

## 三、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，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()

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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，从而创建一个新的对象 ( 属性一样 )

羊继承cloneable接口，重写clone方法

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
    	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 (Exception e) {
    			// TODO: handle exception
    			System.out.println(e.getMessage());
    		}
    		// TODO Auto-generated method stub
    		return sheep;
    	}
    	
    	
    }

克隆

public class Client {
    
    	public static void main(String[] args) {
    		System.out.println("原型模式完成对象的创建");
    		// TODO Auto-generated method stub
    		Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
    		
    		sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");
    		
    		Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
    		Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
    		Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
    		Sheep sheep5 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
    		
    		System.out.println("sheep2 =" + sheep2 + "sheep2.friend=" + sheep2.friend.hashCode());
    		System.out.println("sheep3 =" + sheep3 + "sheep3.friend=" + sheep3.friend.hashCode());
    		System.out.println("sheep4 =" + sheep4 + "sheep4.friend=" + sheep4.friend.hashCode());
    		System.out.println("sheep5 =" + sheep5 + "sheep5.friend=" + sheep5.friend.hashCode());
    	}
    
    }

这样的好处是当羊类发生修改的时候只需要修改上面代码中的sheep对象，而不像传统那样每个都需要修改

需要知道这样的原型模式是浅拷贝

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## 四、浅拷贝和深拷贝 ##

### （一）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（观察每只羊的friend的hashCode）
4.  浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现 sheep = (Sheep) **super.clone();**

### （二）深拷贝 ###

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(推荐)

## 五、原型模式深拷贝 ##

准备工作

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();
    	}
    }

DeepCloneableTarget 作为DeepProtoType 的一个引用属性

### （一）重写clone方法 ###

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();
    		
    		// TODO Auto-generated method stub
    		return deepProtoType;
    	}
    	
    }

调用

public class Client {
    
    	public static void main(String[] args) throws Exception {
    		// TODO Auto-generated method stub
    		DeepProtoType p = new DeepProtoType();
    		p.name = "宋江";
    		p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛");
    		
    		//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=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
    	
    
    	
    	}
    
    }

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### （二）对象序列化 ###

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);
    			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) {
    			// TODO: handle exception
    			e.printStackTrace();
    			return null;
    		} finally {
    			//关闭流
    			try {
    				bos.close();
    				oos.close();
    				bis.close();
    				ois.close();
    			} catch (Exception e2) {
    				// TODO: handle exception
    				System.out.println(e2.getMessage());
    			}
    		}
    		
    	}
    	
    }

调用

public class Client {
    
    	public static void main(String[] args) throws Exception {
    		// TODO Auto-generated method stub
    		DeepProtoType p = new DeepProtoType();
    		p.name = "宋江";
    		p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛");
    
    	
    		//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=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
    	
    	}
    
    }

![1fc368805cb04a908132f88b5dca1cff.png][]

## 六、注意事项 ##

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，**违背了****开放-封闭ocp****原则**，这点请同学们注意.

##  ##

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