一篇文章掌握原型模式

一.提出问题

1.问题描述（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。

2.UML类图

3.具体代码

Sheep类

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;
    }
}

Client

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Sheep sheep = new Sheep("tom",1,"白色");
        Sheep sheep1 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        /*
        一直到10
         */
    }
}

4.优缺点分析

优点

比较好理解，简单易操作

缺点

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，效率很低

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。

5.改进思路

Java中Object类是所有类的基类，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

二.原型模式（浅拷贝）

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。使得程序具有更好的可扩展性。

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，无需指导如何创建的细节

工作原理

通过将一个原型对象穿个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()
(类似于孙悟空拔出猴毛变出其他孙大圣）

1.原型模式UML类图

2.改进后具体代码

Sheep

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;
    }

    //使用默认的克隆方法来完成
    @Override
    protected Object clone(){
        Sheep sheep = null;
        try{
            sheep = (Sheep)super.clone();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }

        return sheep;
    }

    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;
    }
}

Client

public class Client {
    public static void main(String[] args){
        Sheep sheep = new Sheep("tom",1,"白色");
        Sheep sheep1 = (Sheep)sheep.clone();
    }
}

3.浅拷贝介绍

浅拷贝就是使用默认的clone方法来实现，前面的克隆羊的例子就是浅拷贝

对于数据类型是基本数据类型的成员变量

比如int以及String（虽然不是基本数据类型）这些，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。所以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。

比如上面的Sheep类里面增加一条这样的属性

Sheep friend;

那么某个Sheep对象，经过clone方法得到的新对象，新旧对象的friend的内存地址都是同一个，也就是hashCode值都是一样的。

这种就是浅拷贝。

三.原型模式（深拷贝）

1.深拷贝介绍

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空间，并复制每个引用数据类型成员变量所引用的对象。

也就是说，对象进行深拷贝要对整个对象进行拷贝

2.深拷贝实现方式

（1）重写clone方法来实现深拷贝

（2）通过对象序列化实现深拷贝

方式二推荐使用。

3.深拷贝实现方式一具体代码

DeepCloneableTarget

public class DeepCloneableTarget implements Serializable,Cloneable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;

    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，所以我们用默认的clone完成即可

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

DeepProtoType

public class DeepProtoType implements Serializable,Cloneable {
    public String name;
    public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;

    DeepProtoType(){
        super();
    }

    //深拷贝方式一：使用clone方法
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Object deep = null;
        deep = super.clone();//这里完成对基本数据类型和String类型的克隆

        //关于引用类型的克隆，需要进行单独处理
        DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep;
        deepProtoType.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();

        return deepProtoType;
    }
}

Client

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        DeepProtoType deepProtoType = new DeepProtoType();
        deepProtoType.name = "帅哥";
        deepProtoType.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛","大牛类");

        //方式1
        DeepProtoType clone = (DeepProtoType)deepProtoType.clone();

        System.out.println(deepProtoType.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println(clone.deepCloneableTarget.hashCode());
        /*
        668386784
        1329552164
         */
    }
}

4.深拷贝实现方式二具体代码

在DeepProtoType类中

//深拷贝方式二：使用序列化
    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);
            return ois.readObject();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
            return null;
        }finally {
            if(bos != null && oos != null && bis != null && ois!= null){
                try {
                    oos.close();
                    ois.close();
                }catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

Client

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        DeepProtoType deepProtoType = new DeepProtoType();
        deepProtoType.name = "帅哥";
        deepProtoType.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛","大牛类");

        //方式2
        DeepProtoType copy = (DeepProtoType)deepProtoType.deepClone();

        System.out.println(deepProtoType.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println(copy.deepCloneableTarget.hashCode());
        /*
        1598924227
        1067938912
        */
    }
}

四.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

优点

①不用初始化对象，而是动态地获得对象运行时的状态
②如果原始对象发生变化（增加或者减少属性），其他克隆对象也会自动发生相应的变化，无需修改代码

缺点

需要为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。