23种设计模式之原型模式 / 开普饭

原型模式

1、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一个可定制的对象，而无需知道如何创建的细节。
3）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()。
4）结论：使用原型模式使程序有更高的效率和扩展性。
5）类图：

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）

6）代码：

// 原型类
public class Sheep implements Cloneable {

    private String name;
    private Integer age;
    private String color;

    public Sheep() {
    }

    public Sheep(String name, Integer 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 Integer getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(Integer 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 + '\'' +
                '}';
    }

    /**
     * 克隆该实例，使用默认的clone方法来完成
     * @param []
     * @date 2019/7/30 15:40
     * @return java.lang.Object
     **/
    @Override
    protected Object clone() {
        Sheep sheep = null;
        try {
            sheep = (Sheep) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return sheep;
    }
}

// Client
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Sheep sheep = new Sheep("Tom", 1, "白色");

        // 使用克隆
        Sheep sheep2 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep3 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep4 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep5 = (Sheep) sheep.clone();

        System.out.println(sheep);
        System.out.println(sheep2);
        System.out.println(sheep3);
        System.out.println(sheep4);
        System.out.println(sheep5);
    }
}

/*
结果：
    Sheep{name='Tom', age=1, color='白色'}
    Sheep{name='Tom', age=1, color='白色'}
    Sheep{name='Tom', age=1, color='白色'}
    Sheep{name='Tom', age=1, color='白色'}
    Sheep{name='Tom', age=1, color='白色'}
*/

2、浅拷贝和深拷贝

2.1、浅拷贝的介绍

1)对于数据类型是基本数据类型（包含String）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，比如是数组、某个类的对象，那么浅拷贝会进行引用传递，实际就是两个对象的该成员变量指向同一个实例。在这种情况下，在一个对象修改该成员变量时，会影响到另一个对象的该成员变量值。
3）代码中的克隆羊例子就是浅拷贝。
4）浅拷贝是使用默认的clone()方法来实现。

2.2、深拷贝的介绍

1）复制对象的所有基本数据类型（包含String）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）实现1：重写clone方法
4）实现2：通过对象序列化(推荐，实现看代码)

2.3、代码

// DeepCloneableTarget
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;
    }

    /**
     * 该类中成员变量都是基本属性类型，所以使用默认clone方法
     * */
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "DeepCloneableTarget{" +
                "cloneName='" + cloneName + '\'' +
                ", cloneClass='" + cloneClass + '\'' +
                '}';
    }
}

// DeepPrototype
public class DeepPrototype implements Serializable, Cloneable {

    /** String数据类型 */
    private String name;
    /** 引用数据类型 */
    private DeepCloneableTarget target;

    public DeepPrototype() {
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public DeepCloneableTarget getTarget() {
        return target;
    }

    public void setTarget(DeepCloneableTarget target) {
        this.target = target;
    }

    /**
     * 深拷贝方式一：使用clone方法
     * */
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Object deep = null;
        // 完成基本数据类型（属性）和String类型的克隆
        deep = super.clone();

        // 对引用类型属性进行单独处理
        DeepPrototype deepPrototype = (DeepPrototype) deep;
        deepPrototype.target = (DeepCloneableTarget) target.clone();

        return deepPrototype;
    }

    /**
     * 深拷贝方式二：通过对象的序列化（推荐）
     * */
    public Object deepClone() {
        // 创建流对象
        ByteArrayOutputStream bos = null;
        ObjectOutputStream oos = null;
        ByteArrayInputStream bis = null;
        ObjectInputStream ois = null;
        // 创建该类对象
        DeepPrototype clone = null;
        try {
            // 序列化
            bos = new ByteArrayOutputStream();
            oos = new ObjectOutputStream(bos);
            oos.writeObject(this);

            // 反序列
            bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ois = new ObjectInputStream(bis);
            clone = (DeepPrototype) ois.readObject();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 关闭资源
            try {
                if (bos != null) {
                    bos.close();
                }
                if (oos != null) {
                    oos.close();
                }
                if (bis != null) {
                    bis.close();
                }
                if (ois != null) {
                    ois.close();
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return clone;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "DeepPrototype{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", target=" + target +
                '}';
    }
}

// Client
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        DeepPrototype deepPrototype = new DeepPrototype();
        deepPrototype.setName("tom");
        deepPrototype.setTarget(new DeepCloneableTarget("cloneName", "cloneClass"));

        // 通过clone方法实现深拷贝
        DeepPrototype deepPrototype1 = (DeepPrototype) deepPrototype.clone();

        System.out.println("通过clone方法实现深拷贝");
        System.out.println(deepPrototype + "" + deepPrototype.getTarget().hashCode());
        System.out.println(deepPrototype1 + "" + deepPrototype1.getTarget().hashCode());

        System.out.println("------------------------------");

        // 通过序列化实现深拷贝
        DeepPrototype deepPrototype2 = (DeepPrototype) deepPrototype.deepClone();
        System.out.println("通过序列化实现深拷贝");
        System.out.println(deepPrototype + "" + deepPrototype.getTarget().hashCode());
        System.out.println(deepPrototype2 + "" + deepPrototype2.getTarget().hashCode());
    }
}    

/*
// 结果：
通过clone方法实现深拷贝
DeepPrototype{name='tom', target=DeepCloneableTarget{cloneName='cloneName', cloneClass='cloneClass'}}460141958
DeepPrototype{name='tom', target=DeepCloneableTarget{cloneName='cloneName', cloneClass='cloneClass'}}1163157884
------------------------------
通过序列化实现深拷贝
DeepPrototype{name='tom', target=DeepCloneableTarget{cloneName='cloneName', cloneClass='cloneClass'}}460141958
DeepPrototype{name='tom', target=DeepCloneableTarget{cloneName='cloneName', cloneClass='cloneClass'}}1791741888*/

3、原型模式的注意事项和细节

1）创建新对象比较复杂时，可以利用原型模式简化对象的创建，同时提高效率。
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（增加或减少对象），其他克隆对象就会随之变化，无需修改代码。
4）在实现深克隆时可能需要交复杂的代码。
5）缺点：需要为每个类配备一个克隆方法，这对全新的类不是难事，但是对已有的类进行改造时，需要修改源代码，违反了ocp原则。

23种设计模式之原型模式

原型模式

1、基本介绍

2、浅拷贝和深拷贝

3、原型模式的注意事项和细节

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