设计模式——原型模式

基本介绍

• 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--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()。
• 形象的理解:孙大圣拔出猴毛，变出其它孙大圣

UML结构

原理结构图说明：

• 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)

原型模式——浅拷贝

案例:通过代码实现克隆羊

代码实现:

步骤：

• 实现Cloneable接口
• 重写clone方法

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;
    }

    /**
     * 克隆该实例，使用默认方法来完成
     * @return
     */
    @Override
    protected Sheep clone() {
        Sheep sheep = null;
        try {
            sheep = (Sheep) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        return sheep;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Sheep{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", color='" + color + '\'' +
                '}';
    }
}

客户端代码

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Sheep sheep1 = new Sheep("tom", 1, "白色");
        sheep1.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");
        Sheep sheep2 = sheep1.clone();

        System.out.println("克隆羊是否为同一只:" + (sheep2 == sheep1));
        // 对象为浅拷贝
        System.out.println("克隆羊的朋友是否为同一只:" + (sheep2.friend == sheep1.friend));
    }
}

实现结果:

引发问题:

• 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。

原型模式——深拷贝

基本介绍

• 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。

实现方式

• 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)

深拷贝方式一：重写clone

实现代码如下:

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;
    }

    /**
     * 克隆深拷贝
     *
     * @return
     */
    @Override
    protected Sheep clone() {
        Sheep sheep = null;
        try {
            sheep = (Sheep) super.clone();
            Sheep friend = sheep.friend;
            if (friend != null) {
                sheep.friend = sheep.friend.clone();
            }
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        return sheep;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Sheep{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", color='" + color + '\'' +
                '}';
    }
}

客户端代码

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Sheep sheep1 = new Sheep("tom", 1, "白色");
        sheep1.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");
        Sheep sheep2 = sheep1.clone();

        System.out.println("克隆羊是否为同一只:" + (sheep2 == sheep1));
        // 对象为浅拷贝
        System.out.println("克隆羊的朋友是否为同一只:" + (sheep2.friend == sheep1.friend));
    }
}

实现结果：

引发问题:

如果引用十分复杂,或则应用对象十分多，会导致逻辑复杂，代码冗余等问题（不推荐使用）,推荐使用序列化方式

深拷贝方式二:对象序列化

实现代码如下:

public class Sheep implements Cloneable, Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;
    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;
    }

    /**
     * 克隆深拷贝 序列化
     *
     * @return
     */
    @Override
    protected Sheep clone() {
        Sheep sheep = null;
        try(
                ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
                ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos)
                ){

            oos.writeObject(this);
            try (
                    ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
                    ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
                    ){
                 sheep = (Sheep) ois.readObject();

            }

        }catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        return sheep;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Sheep{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", color='" + color + '\'' +
                '}';
    }
}

客户端代码

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Sheep sheep1 = new Sheep("tom", 1, "白色");
        sheep1.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");
        Sheep sheep2 = sheep1.clone();

        System.out.println("克隆羊是否为同一只:" + (sheep2 == sheep1));
        // 对象为浅拷贝
        System.out.println("克隆羊的朋友是否为同一只:" + (sheep2.friend == sheep1.friend));
    }
}

实现结果：

原型模式的注意事项和细节

• 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。