java设计模式--原型模式详解
时间：2022-12-06 13:36:53 | 栏目：JAVA代码 | 点击：次
引例
问题：
现在有一只羊（包含属性：名字Dolly、年龄2），需要克隆10只属性完全相同的羊。
一般解法：
定义Sheep类表示羊，包括构造器、getter()和toString()。
public class Sheep {
private String name;
private int age;
public Sheep(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public int getAge() {
return age;
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
在客户端实例化多利，然后再根据多利的属性去实例化10只羊。
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
Sheep sheep1 = new Sheep(sheepDolly.getName(), sheepDolly.getAge());
Sheep sheep2 = new Sheep(sheepDolly.getName(), sheepDolly.getAge());
Sheep sheep3 = new Sheep(sheepDolly.getName(), sheepDolly.getAge());
//....
System.out.println(sheep1+",hashCode:"+sheep1.hashCode());
System.out.println(sheep2+",hashCode:"+sheep2.hashCode());
System.out.println(sheep3+",hashCode:"+sheep3.hashCode());
//...
}
}
运行结果
优缺点：
这种方法是我们首先很容易就能想到的，也是绝大多数人的第一做法。
但缺点也很明显，每次创建新对象时需要获取原始对象的属性，对象复杂时效率很低；此外不能动态获得对象运行时的状态，若类增减属性需要改动代码。
下面我们看下原型模式的解法。
原型模式
原型模式(Prototype Pattern)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。即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。
工作原理：将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。即用基类Object的clone()方法或序列化。
UML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: 客户端让一个原型对象克隆自己，从而创建一个新的对象
原型模式又可分为浅拷贝和深拷贝，区别在于对引用数据类型的成员变量的拷贝，小朋友你是否有很多问号？ 不急 ，看完这两种方法实现你就懂了。
浅拷贝
在原先Sheep类基础上实现Cloneable接口，重写clone方法。
public class Sheep implements Cloneable{
private String name;
private int age;
@Override
protected Object clone() {//克隆该实例，使用默认的clone方法来完成
Sheep sheep = null;
try {
sheep = (Sheep)super.clone();
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
return sheep;
}
public Sheep(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
客户端调用
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
Sheep sheep1 = (Sheep)sheepDolly.clone();
Sheep sheep2 = (Sheep)sheepDolly.clone();
Sheep sheep3 = (Sheep)sheepDolly.clone();
//....
System.out.println("sheep1:"+sheep1+",hashCode:" + sheep1.hashCode());
System.out.println("sheep2:"+sheep2+",hashCode:" + sheep2.hashCode());
System.out.println("sheep3:"+sheep3+",hashCode:" + sheep3.hashCode());
//...
}
}
运行结果
至此，原型模式的浅拷贝也成功克隆了三个对象，但是看进度条发现并不简单。
现在小羊有了一个朋友小牛，Sheep类添加了一个引用属性Cow，我们同样再克隆一遍。
Sheep类
public class Sheep implements Cloneable{
private String name;
private int age;
public Cow friend;//新朋友Cow对象，其余不变
@Override
protected Object clone() {
Sheep sheep = null;
try {
sheep = (Sheep)super.clone();
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
return sheep;
}
public Sheep(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
新添的Cow类
public class Cow {
private String name;
private int age;
public Cow(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Cow{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
客户端调用克隆
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
sheepDolly.friend=new Cow("Tom",1); //并实例化朋友
Sheep sheep1 = (Sheep)sheepDolly.clone();
Sheep sheep2 = (Sheep)sheepDolly.clone();
Sheep sheep3 = (Sheep)sheepDolly.clone();
//....
System.out.println("sheep1:"+sheep1+",hashCode:" + sheep1.hashCode());
System.out.println("sheep1.friend:"+sheep1.friend+",hashCode:" + sheep1.friend.hashCode()+'\n');
System.out.println("sheep2:"+sheep2+",hashCode:" + sheep2.hashCode());
System.out.println("sheep2.friend:"+sheep2.friend+",hashCode:" + sheep2.friend.hashCode()+'\n');
System.out.println("sheep3:"+sheep3+",hashCode:" + sheep3.hashCode());
System.out.println("sheep3.friend:"+sheep3.friend+",hashCode:" + sheep3.friend.hashCode()+'\n');
//...
}
}
运行结果
通过运行结果发现，浅拷贝通过Object的clone()成功克隆实例化了三个新对象，但是并没有克隆实例化对象中的引用属性，也就是没有克隆friend对象（禁止套娃 ），三个新克隆对象的friend还是指向原克隆前的friend，即同一个对象。
这样的话，他们四个的friend是引用同一个，若一个对象修改了friend属性，势必会影响其他三个对象的该成员变量值。
小结：
- 浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现
- 基本数据类型的成员变量，浅拷贝会直接进行值传递（复制属性值给新对象）。
- 引用数据类型的成员变量，浅拷贝会进行引用传递（复制引用值(内存地址)给新对象）。
深拷贝
方法一：
机灵的人儿看出，再clone一遍cow不就好了，但是手动递归下去不推荐。
1.Cow类也实现Cloneable接口
public class Cow implements Cloneable{
private String name;
private int age;
public Cow(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
//无引用类型，直接clone即可
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone(); //直接抛出了，没用try-catch
}
@Override
public String toString() {
return "Cow{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
Sheep类的clone再添加调用cow的clone
public class Sheep implements Cloneable{
private String name;
private int age;
public Cow friend;//新朋友Cow对象，其余不变
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Object deep = null;
//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，进行再次clone
Sheep sheep = (Sheep)deep;
sheep.friend = (Cow)friend.clone();
return sheep;
}
public Sheep(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
客户端调用
public class Client {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
sheepDolly.friend=new Cow("Tom",1); //并实例化朋友
Sheep sheep1 = (Sheep)sheepDolly.clone();
Sheep sheep2 = (Sheep)sheepDolly.clone();
Sheep sheep3 = (Sheep)sheepDolly.clone();
//....
System.out.println("sheep1:"+sheep1+",hashCode:" + sheep1.hashCode());
System.out.println("sheep1.friend:"+sheep1.friend+",hashCode:" + sheep1.friend.hashCode()+'\n');
System.out.println("sheep2:"+sheep2+",hashCode:" + sheep2.hashCode());
System.out.println("sheep2.friend:"+sheep2.friend+",hashCode:" + sheep2.friend.hashCode()+'\n');
System.out.println("sheep3:"+sheep3+",hashCode:" + sheep3.hashCode());
System.out.println("sheep3.friend:"+sheep3.friend+",hashCode:" + sheep3.friend.hashCode()+'\n');
//...
}
}
运行结果
方法二：
通过对象序列化实现深拷贝(推荐)
1.Cow类实现序列化接口，不必实现Cloneable接口了
public class Cow implements Serializable {
private String name;
private int age;
public Cow(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Cow{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
2.在Sheep类实现序列化接口
public class Sheep implements Serializable { //实现序列化接口
private String name;
private int age;
public Cow friend;
public Sheep(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
public Object deepClone() { //深拷贝
//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);
Sheep sheep = (Sheep) ois.readObject();
return sheep;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return null;
} finally {
//关闭流
try {
bos.close();
oos.close();
bis.close();
ois.close();
} catch (Exception e2) {
System.out.println(e2.getMessage());
}
}
}
}
3.客户端调用
public class Client {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
sheepDolly.friend=new Cow("Tom",1); //并实例化朋友
Sheep sheep1 = (Sheep)sheepDolly.deepClone();
Sheep sheep2 = (Sheep)sheepDolly.deepClone();
Sheep sheep3 = (Sheep)sheepDolly.deepClone();
//....
System.out.println("sheep1:"+sheep1+",hashCode:" + sheep1.hashCode());
System.out.println("sheep1.friend:"+sheep1.friend+",hashCode:" + sheep1.friend.hashCode()+'\n');
System.out.println("sheep2:"+sheep2+",hashCode:" + sheep2.hashCode());
System.out.println("sheep2.friend:"+sheep2.friend+",hashCode:" + sheep2.friend.hashCode()+'\n');
System.out.println("sheep3:"+sheep3+",hashCode:" + sheep3.hashCode());
System.out.println("sheep3.friend:"+sheep3.friend+",hashCode:" + sheep3.friend.hashCode()+'\n');
//...
}
}
运行结果
原型模式总结：
- 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
- 可以不用重新初始化对象，动态地获得对象运行时的状态。
- 如果原始对象发生变化(增加或者减少属性)，其它克隆对象的也会发生相应的变化，无需修改代码
- 若成员变量无引用类型，浅拷贝clone即可；若引用类型的成员变量很少，可考虑递归实现clone，否则推荐序列化。