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java设计模式--原型模式详解
来源：jb51　　时间：2021/7/19 19:54:13　　对本文有异议

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()。

  1. public class Sheep {
  2.     private String name;
  3.     private int age;
  4.     public Sheep(String name, int age) {
  5.         this.name = name;
  6.         this.age = age;
  7.     }
  8.     public String getName() {
  9.         return name;
  10.     }
  11.     public int getAge() {
  12.         return age;
  13.     }
  14.     @Override
  15.     public String toString() {
  16.         return "Sheep{" +
  17.                 "name='" + name + '\'' +
  18.                 ", age=" + age +
  19.                 '}';
  20.     }
  21. }

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。

  1. public class Client {
  2.     public static void main(String[] args) {
  3.         Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
  4.         Sheep sheep1 = new Sheep(sheepDolly.getName(), sheepDolly.getAge());
  5.         Sheep sheep2 = new Sheep(sheepDolly.getName(), sheepDolly.getAge());
  6.         Sheep sheep3 = new Sheep(sheepDolly.getName(), sheepDolly.getAge());
  7.         //....
  8.         System.out.println(sheep1+",hashCode:"+sheep1.hashCode());
  9.         System.out.println(sheep2+",hashCode:"+sheep2.hashCode());
  10.         System.out.println(sheep3+",hashCode:"+sheep3.hashCode());
  11.         //...
  12.     }
  13. }

运行结果

在这里插入图片描述

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：

在这里插入图片描述

  • 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。

  1. public class Sheep implements Cloneable{
  2.     private String name;
  3.     private int age;
  4.     @Override
  5.     protected Object clone()  {//克隆该实例，使用默认的clone方法来完成
  6.         Sheep sheep = null;
  7.         try {
  8.             sheep = (Sheep)super.clone();
  9.         } catch (Exception e) {
  10.             System.out.println(e.getMessage());
  11.         }
  12.         return sheep;
  13.     }
  14.     public Sheep(String name, int age) {
  15.         this.name = name;
  16.         this.age = age;
  17.     }
  18.     @Override
  19.     public String toString() {
  20.         return "Sheep{" +
  21.                 "name='" + name + '\'' +
  22.                 ", age=" + age +
  23.                 '}';
  24.     }
  25. }

客户端调用

  1. public class Client {
  2.     public static void main(String[] args) {
  3.         Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
  4.         Sheep sheep1 = (Sheep)sheepDolly.clone();
  5.         Sheep sheep2 = (Sheep)sheepDolly.clone();
  6.         Sheep sheep3 = (Sheep)sheepDolly.clone();
  7.         //....
  8.         System.out.println("sheep1:"+sheep1+",hashCode:" + sheep1.hashCode());
  9.         System.out.println("sheep2:"+sheep2+",hashCode:" + sheep2.hashCode());
  10.         System.out.println("sheep3:"+sheep3+",hashCode:" + sheep3.hashCode());
  11.         //...
  12.     }
  13. }

运行结果

在这里插入图片描述

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

  1. public class Sheep implements Cloneable{
  2.     private String name;
  3.     private int age;
  4.     public Cow friend;//新朋友Cow对象，其余不变
  5.     @Override
  6.     protected Object clone()  {
  7.         Sheep sheep = null;
  8.         try {
  9.             sheep = (Sheep)super.clone();
  10.         } catch (Exception e) {
  11.             System.out.println(e.getMessage());
  12.         }
  13.         return sheep;
  14.     }
  15.     public Sheep(String name, int age) {
  16.         this.name = name;
  17.         this.age = age;
  18.     }
  19.     @Override
  20.     public String toString() {
  21.         return "Sheep{" +
  22.                 "name='" + name + '\'' +
  23.                 ", age=" + age +
  24.                 '}';
  25.     }
  26. }

新添的Cow类

  1. public class Cow {
  2.     private String name;
  3.     private int age;
  4.     public Cow(String name, int age) {
  5.         this.name = name;
  6.         this.age = age;
  7.     }
  8.     @Override
  9.     public String toString() {
  10.         return "Cow{" +
  11.                 "name='" + name + '\'' +
  12.                 ", age=" + age +
  13.                 '}';
  14.     }
  15. }

客户端调用克隆

  1. public class Client {
  2.     public static void main(String[] args) {
  3.         Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
  4.         sheepDolly.friend=new Cow("Tom",1); //并实例化朋友
  5.         Sheep sheep1 = (Sheep)sheepDolly.clone();
  6.         Sheep sheep2 = (Sheep)sheepDolly.clone();
  7.         Sheep sheep3 = (Sheep)sheepDolly.clone();
  8.         //....
  9.         System.out.println("sheep1:"+sheep1+",hashCode:" + sheep1.hashCode());
  10.         System.out.println("sheep1.friend:"+sheep1.friend+",hashCode:" + sheep1.friend.hashCode()+'\n');
  11.         System.out.println("sheep2:"+sheep2+",hashCode:" + sheep2.hashCode());
  12.         System.out.println("sheep2.friend:"+sheep2.friend+",hashCode:" + sheep2.friend.hashCode()+'\n');
  13.         System.out.println("sheep3:"+sheep3+",hashCode:" + sheep3.hashCode());
  14.         System.out.println("sheep3.friend:"+sheep3.friend+",hashCode:" + sheep3.friend.hashCode()+'\n');
  15.         //...
  16.     }
  17. }

运行结果

在这里插入图片描述

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

  1. public class Cow implements Cloneable{
  2.     private String name;
  3.     private int age;
  4.     public Cow(String name, int age) {
  5.         this.name = name;
  6.         this.age = age;
  7.     }
  8.     //无引用类型，直接clone即可
  9.     @Override
  10.     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
  11.         return super.clone(); //直接抛出了，没用try-catch
  12.     }
  13.     @Override
  14.     public String toString() {
  15.         return "Cow{" +
  16.                 "name='" + name + '\'' +
  17.                 ", age=" + age +
  18.                 '}';
  19.     }
  20. }

Sheep类的clone再添加调用cow的clone

  1. public class Sheep implements Cloneable{
  2.     private String name;
  3.     private int age;
  4.     public Cow friend;//新朋友Cow对象，其余不变
  5.     @Override
  6.     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
  7.         Object deep = null;
  8.         //完成对基本数据类型(属性)和String的克隆
  9.         deep = super.clone();
  10.         //对引用类型的属性，进行再次clone
  11.         Sheep sheep = (Sheep)deep;
  12.         sheep.friend  = (Cow)friend.clone();
  13.         return sheep;
  14.     }
  15.     public Sheep(String name, int age) {
  16.         this.name = name;
  17.         this.age = age;
  18.     }
  19.     @Override
  20.     public String toString() {
  21.         return "Sheep{" +
  22.                 "name='" + name + '\'' +
  23.                 ", age=" + age +
  24.                 '}';
  25.     }
  26. }

客户端调用

  1. public class Client {
  2.     public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
  3.         Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
  4.         sheepDolly.friend=new Cow("Tom",1); //并实例化朋友
  5.         Sheep sheep1 = (Sheep)sheepDolly.clone();
  6.         Sheep sheep2 = (Sheep)sheepDolly.clone();
  7.         Sheep sheep3 = (Sheep)sheepDolly.clone();
  8.         //....
  9.         System.out.println("sheep1:"+sheep1+",hashCode:" + sheep1.hashCode());
  10.         System.out.println("sheep1.friend:"+sheep1.friend+",hashCode:" + sheep1.friend.hashCode()+'\n');
  11.         System.out.println("sheep2:"+sheep2+",hashCode:" + sheep2.hashCode());
  12.         System.out.println("sheep2.friend:"+sheep2.friend+",hashCode:" + sheep2.friend.hashCode()+'\n');
  13.         System.out.println("sheep3:"+sheep3+",hashCode:" + sheep3.hashCode());
  14.         System.out.println("sheep3.friend:"+sheep3.friend+",hashCode:" + sheep3.friend.hashCode()+'\n');
  15.         //...
  16.     }
  17. }

运行结果

在这里插入图片描述

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

  1. public class Cow implements Serializable {
  2.     private String name;
  3.     private int age;
  4.     public Cow(String name, int age) {
  5.         this.name = name;
  6.         this.age = age;
  7.     }
  8.     @Override
  9.     public String toString() {
  10.         return "Cow{" +
  11.                 "name='" + name + '\'' +
  12.                 ", age=" + age +
  13.                 '}';
  14.     }
  15. }

2.在Sheep类实现序列化接口

  1. public class Sheep implements Serializable { //实现序列化接口
  2.     private String name;
  3.     private int age;
  4.     public Cow friend;
  5.  
  6.     public Sheep(String name, int age) {
  7.         this.name = name;
  8.         this.age = age;
  9.     }
  10.     @Override
  11.     public String toString() {
  12.         return "Sheep{" +
  13.                 "name='" + name + '\'' +
  14.                 ", age=" + age +
  15.                 '}';
  16.     }
  17.     public Object deepClone() { //深拷贝
  18.         //创建流对象
  19.         ByteArrayOutputStream bos = null;
  20.         ObjectOutputStream oos = null;
  21.         ByteArrayInputStream bis = null;
  22.         ObjectInputStream ois = null;
  23.         try {
  24.             //序列化
  25.             bos = new ByteArrayOutputStream();
  26.             oos = new ObjectOutputStream(bos);
  27.             oos.writeObject(this); //当前这个对象以对象流的方式输出
  28.             //反序列化
  29.             bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
  30.             ois = new ObjectInputStream(bis);
  31.             Sheep sheep = (Sheep) ois.readObject();
  32.             return sheep;
  33.         } catch (Exception e) {
  34.             e.printStackTrace();
  35.             return null;
  36.         } finally {
  37.             //关闭流
  38.             try {
  39.                 bos.close();
  40.                 oos.close();
  41.                 bis.close();
  42.                 ois.close();
  43.             } catch (Exception e2) {
  44.                 System.out.println(e2.getMessage());
  45.             }
  46.         }
  47.     }
  48. }

3.客户端调用

  1. public class Client {
  2.     public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
  3.         Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
  4.         sheepDolly.friend=new Cow("Tom",1); //并实例化朋友
  5.         Sheep sheep1 = (Sheep)sheepDolly.deepClone();
  6.         Sheep sheep2 = (Sheep)sheepDolly.deepClone();
  7.         Sheep sheep3 = (Sheep)sheepDolly.deepClone();
  8.         //....
  9.         System.out.println("sheep1:"+sheep1+",hashCode:" + sheep1.hashCode());
  10.         System.out.println("sheep1.friend:"+sheep1.friend+",hashCode:" + sheep1.friend.hashCode()+'\n');
  11.         System.out.println("sheep2:"+sheep2+",hashCode:" + sheep2.hashCode());
  12.         System.out.println("sheep2.friend:"+sheep2.friend+",hashCode:" + sheep2.friend.hashCode()+'\n');
  13.         System.out.println("sheep3:"+sheep3+",hashCode:" + sheep3.hashCode());
  14.         System.out.println("sheep3.friend:"+sheep3.friend+",hashCode:" + sheep3.friend.hashCode()+'\n');
  15.         //...
  16.     }
  17. }

运行结果

在这里插入图片描述

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。

总结

本篇文章就到这里了，希望能给你带来帮助，也希望您能够多多关注w3xue的更多内容！

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