Java 深入理解创建型设计模式之原型模式
时间：2022-12-15 10:32:23 | 栏目：JAVA代码 | 点击：次
1.思考问题
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。
按照传统的思路来，我们可能会按照下面的方式去写。
那么这种写法的优缺点自然而然就出来了：
- 优点是比较好理解，简单易操作。
- 缺点是在创建新的对象时，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：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。
2.什么是原型模式？
- 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()。
原型模式相关的类图如下：
3.克隆羊多莉案例代码（浅拷贝）
这里由于我是新建的普通Java项目，并不是maven项目，所以没法加lombok依赖。那么这里的构造器、setter/getter方法显得这个类的篇幅比较长。。。
package com.szh.prototype.shallowclone;
public class Sheep implements Cloneable {
private String name;
private Integer age;
private String color;
private Sheep friend;
public Sheep(String name, Integer age, String color) {
this.name = name;
this.age = age;
this.color = color;
}
public Sheep(String name, Integer age, String color, Sheep friend) {
this.name = name;
this.age = age;
this.color = color;
this.friend = friend;
}
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;
}
public Sheep getFriend() {
return friend;
}
public void setFriend(Sheep friend) {
this.friend = friend;
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
", color='" + color + '\'' +
", friend=" + friend +
'}';
}
//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;
}
}
package com.szh.prototype.shallowclone;
public class MainTest {
public static void main(String[] args) {
Sheep sheep = new Sheep("多莉",5,"黑白相间",new Sheep("喜羊羊",1,"白色"));
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.friend.hashCode = " + sheep.getFriend().hashCode());
System.out.println(sheep2 + " sheep2.friend.hashCode = " + sheep2.getFriend().hashCode());
System.out.println(sheep3 + " sheep3.friend.hashCode = " + sheep3.getFriend().hashCode());
System.out.println(sheep4 + " sheep4.friend.hashCode = " + sheep4.getFriend().hashCode());
System.out.println(sheep5 + " sheep5.friend.hashCode = " + sheep5.getFriend().hashCode());
}
}
从上面的运行结果中可以看到，Sheep类中的前三个成员属性都可以成功的拷贝，但是最后一个friend，它表示羊的朋友（也是Sheep类型，就是引用类型了）。而当我们拷贝完成之后，应该来说都是不一样的新的对象，但是它们中的friend属性的hashCode居然是一样的！！！ 这里我们就要来聊一聊深拷贝和浅拷贝了。
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。
- 前面我们克隆羊就是浅拷贝。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)。
4.深拷贝代码案例
package com.szh.prototype.deepclone;
import java.io.Serializable;
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;
}
@Override
public String toString() {
return "DeepCloneableTarget{" +
"cloneName='" + cloneName + '\'' +
", 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.szh.prototype.deepclone;
import java.io.*;
public class DeepPrototype implements Serializable, Cloneable {
public String name; //String 属性
public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用类型
public DeepPrototype() {
super();
}
@Override
public String toString() {
return "DeepPrototype{" +
"name='" + name + '\'' +
", deepCloneableTarget=" + deepCloneableTarget +
'}';
}
//深拷贝 - 方式 1 使用clone 方法
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Object deep = null;
deep = super.clone();
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);
//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 {
//关闭流
try {
ois.close();
bis.close();
oos.close();
bos.close();
} catch (Exception e2) {
System.out.println(e2.getMessage());
}
}
}
}
package com.szh.prototype.deepclone;
public class MainTest {
public static void main(String[] args) throws Exception {
DeepPrototype prototype = new DeepPrototype();
prototype.name = "张起灵";
prototype.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("小哥","闷油瓶");
//方式1 完成深拷贝
DeepPrototype prototype2 = (DeepPrototype) prototype.clone();
System.out.println("方式1 完成深拷贝");
System.out.println("prototype.name = " + prototype.name + ", prototype.deepCloneableTarget = " + prototype.deepCloneableTarget);
System.out.println("prototype.deepCloneableTarget.hashCode = " + prototype.deepCloneableTarget.hashCode());
System.out.println("-------------------------------------------------------");
System.out.println("prototype2.name = " + prototype2.name + ", prototype2.deepCloneableTarget = " + prototype2.deepCloneableTarget);
System.out.println("prototype2.deepCloneableTarget.hashCode = " + prototype2.deepCloneableTarget.hashCode());
System.out.println("==============================================================================");
//方式2 完成深拷贝
DeepPrototype prototype3 = (DeepPrototype) prototype.deepClone();
System.out.println("方式2 完成深拷贝");
System.out.println("prototype.name = " + prototype.name + ", prototype.deepCloneableTarget = " + prototype.deepCloneableTarget);
System.out.println("prototype.deepCloneableTarget.hashCode = " + prototype.deepCloneableTarget.hashCode());
System.out.println("-------------------------------------------------------");
System.out.println("prototype3.name = " + prototype3.name + ", prototype3.deepCloneableTarget = " + prototype3.deepCloneableTarget);
System.out.println("prototype3.deepCloneableTarget.hashCode = " + prototype3.deepCloneableTarget.hashCode());
}
}
5.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。
- 不用重新初始化对象，而是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。
- 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。