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QiShunwang

“诚信为本、客户至上”

Java设计模式——原型模式

2021/4/26 22:19:44   来源:

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。

·传统方式解决克隆羊问题
类图分析
在这里插入图片描述
代码实现:

package com.study.prototype;

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;
    }
}

package com.study.prototype;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        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);
    }
}

传统方式解决克隆羊问题优缺点分析:

  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,而不是动态的获得对象运行时的状态,不够灵活
  4. 改进思路分析
    思路:Java中的Object类是所有类的超类,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,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()

  4. 形象的理解:孙大圣拔出猴毛,变出其他孙大圣
    在这里插入图片描述
    原型模式原理类图:
    在这里插入图片描述
    类图说明:

  5. Prototype:原型类,声明一个克隆自己的接口

  6. ConcretePrototype:具体的原型类,实现一个克隆自己的操作

  7. 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

package com.study.prototype;

public class Sheep implements Cloneable {
    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 + '\'' +
                '}';
    }

    // 使用clone方式实现clone
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Sheep)super.clone();
    }
}

原型模式在Spring框架中的源码分析
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
深入讨论——浅拷贝和深拷贝
浅拷贝介绍

  1. 对于数据类型是基本类型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外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)cuper.clone();
package com.study.prototype;

public class Sheep implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;
    private String color;
    public Sheep 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 + '\'' +
                '}';
    }

    // 使用clone方式实现clone
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Sheep)super.clone();
    }
}

上边的friend设置成public是为了测试方便访问

package com.study.prototype;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
        Sheep friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");
        sheep.friend = friend;
        Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone();
        Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone();
        Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone();
        Sheep sheep5 = (Sheep)sheep.clone();
        System.out.println("sheep=" + sheep + "sheep.friend=" + sheep.friend.hashCode());
        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());
    }
}

sheep=Sheep{name='tom', age=1, color='白色'}sheep.friend=1406718218
sheep2=Sheep{name='tom', age=1, color='白色'}sheep2.friend=1406718218
sheep3=Sheep{name='tom', age=1, color='白色'}sheep3.friend=1406718218
sheep4=Sheep{name='tom', age=1, color='白色'}sheep4.friend=1406718218
sheep5=Sheep{name='tom', age=1, color='白色'}sheep5.friend=1406718218

上边浅拷贝例子中,对象只拷贝了引用,所有被克隆的对象的引用指向了同一个对象,

深拷贝介绍

  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,并赋值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. 深拷贝实现方式一:重写clone方法来实现深拷贝
  4. 深拷贝实现方式二:通过对象序列化实现深拷贝

方式一:

package com.study.prototype.deepclone1;

import java.io.Serializable;

public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable {

    private static final long serialVersionUID = -916071249859481644L;

    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();
    }
}

默认的clone方法会对基本数据类型和字符串属性进行拷贝

package com.study.prototype.deepclone1;

import java.io.*;

public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable {

    String name;
    DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;

    public DeepProtoType() {
    }

    // 深拷贝

    @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通过对象的序列化实现(推荐)
    public Object deepClone() {
        // 创建对象流
        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 e2) {
                System.out.println(e2.getMessage());
            }
        }
    }
}

package com.study.prototype.deepclone1;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DeepProtoType p = new DeepProtoType();
        p.name = "松江";
        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());

        // 方式2-完成深拷贝
        DeepProtoType p3 = (DeepProtoType)p.deepClone(); 
        System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println("p3.name=" + p3.name + "p3.deepCloneableTarget=" + p3.deepCloneableTarget.hashCode());

    }
}

p.name=松江p.deepCloneableTarget=1406718218
p2.name=松江p2.deepCloneableTarget=245257410
p.name=松江p.deepCloneableTarget=1406718218
p3.name=松江p3.deepCloneableTarget=193064360

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,而是动态的获取对象运行时的状态
  3. 如果原始对象发生变化(增加或者减少属性),其他克隆对象也会发生相应的变化
  4. 在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码
  5. 缺点:需要每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,这点需要注意