本文将介绍java设计模式之原型模式
案例引入
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。
传统方式解决克隆羊问题：
UML分析：
package traditionalmathod;/* <---这是包名
-*- coding:utf-8 -*-
作者：bob-coding
日期：2022年10月04日15:47
敲码百遍，其意多见！！冲冲冲！！！*/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//传统的方法
Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
Sheep sheep2 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
Sheep sheep3 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
Sheep sheep4 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
Sheep sheep5 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
//....
System.out.println(sheep);
System.out.println(sheep2);
System.out.println(sheep3);
System.out.println(sheep4);
System.out.println(sheep5);
//...
}
}
class Sheep{
private String name;
private int age;
private String color;
public Sheep(String name, int age, String color) {
super();
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;
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + "]";
}
}
传统方式解决克隆羊问题
传统的方式的优缺点
1) 优点是比较好理解，简单易操作。
2) 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
3) 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
4) 改进的思路分析思路：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
原型模式-基本介绍
1) 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 2) 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 3) 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() 4) 形象的理解：孙大圣拔出猴毛， 变出其它孙大圣
原理结构图说明
1) Prototype : 原型类，声明一个克隆自己的接口
2) ConcretePrototype: 具体的原型类, 实现一个克隆自己的操作
3) 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)
package prototype1;/* <---这是包名
-*- coding:utf-8 -*-
作者：bob-coding
日期：2022年10月04日16:30
public class clone1 {
public static void main(String[] args) {
Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
Sheep sheep1 = (Sheep)sheep.clone();
Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone();
Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone();
Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone();
System.out.println("sheep :" + sheep);
System.out.println("sheep1 :" + sheep1);
System.out.println("sheep2 :" + sheep2);
System.out.println("sheep3 :" + sheep3);
System.out.println("sheep4 :" + sheep4);
}
}
class Sheep implements Cloneable{
private String name;
private int age;
private String color;
public Sheep(String name, int age, String color) {
super();
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;
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + "]";
}
//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 (Exception e) {
// TODO: handle exception
System.out.println(e.getMessage());
}
// TODO Auto-generated method stub
return sheep;
}
}
假设克隆羊多了地址属性
仅需更改羊的属性和输出信息即可，客户端无需修改
package prototype1;/* <---这是包名
-*- coding:utf-8 -*-
作者：bob-coding
日期：2022年10月04日16:30
敲码百遍，其意多见！！冲冲冲！！！*/
public class clone1 {
public static void main(String[] args) {
Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
Sheep sheep1 = (Sheep)sheep.clone();
Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone();
Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone();
Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone();
System.out.println("sheep :" + sheep);
System.out.println("sheep1 :" + sheep1);
System.out.println("sheep2 :" + sheep2);
System.out.println("sheep3 :" + sheep3);
System.out.println("sheep4 :" + sheep4);
}
}
class Sheep implements Cloneable{
private String name;
private int age;
private String color;
private String address = "蒙古羊";
public Sheep(String name, int age, String color) {
super();
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 String getAddress() {
return address;
}
public void setAddress(String address) {
this.address = address;
}
public void setColor(String color) {
this.color = color;
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
", color='" + color + '\'' +
", address='" + address + '\'' +
'}';
}
//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 (Exception e) {
// TODO: handle exception
System.out.println(e.getMessage());
}
// TODO Auto-generated method stub
return sheep;
}
}
如果克隆里面有一个对象呢？假设有一个friend属性
package prototype1;/* <---这是包名
-*- coding:utf-8 -*-
作者：bob-coding
日期：2022年10月04日16:30
public class clone1 {
public static void main(String[] args) {
Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");
Sheep sheep1 = (Sheep)sheep.clone();
Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone();
Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone();
Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone();
System.out.println("sheep :" + sheep + "sheep.frined: " + sheep.friend + sheep.friend.hashCode());
System.out.println("sheep1 :" + sheep1 + "sheep1.frined: " + sheep1.friend + sheep1.friend.hashCode());
System.out.println("sheep2 :" + sheep2 + "sheep2.frined: " + sheep2.friend + sheep2.friend.hashCode());
System.out.println("sheep3 :" + sheep3 + "sheep3.frined: " + sheep3.friend + sheep3.friend.hashCode());
System.out.println("sheep4 :" + sheep4 + "sheep4.frined: " + sheep4.friend + sheep4.friend.hashCode());
}
}
class Sheep implements Cloneable{
private String name;
private int age;
private String color;
private String address = "蒙古羊";
public Sheep friend;
@Override
public String toString() {
return "Sheep{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
", color='" + color + '\'' +
", address='" + address + '\'' +
", friend=" + friend +
'}';
}
public Sheep(String name, int age, String color) {
super();
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 String getAddress() {
return address;
}
public void setAddress(String address) {
this.address = address;
}
public void setColor(String color) {
this.color = color;
}
//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 (Exception e) {
// TODO: handle exception
System.out.println(e.getMessage());
}
// TODO Auto-generated method stub
return sheep;
}
}
浅拷贝的介绍（引用传递，值复制）
1) 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。 2) 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 3) 前面我们克隆羊就是浅拷贝 4) 浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现 sheep = (Sheep) super.clone();
原型模式在Spring框架中源码分析
深拷贝基本介绍
1) 复制对象的所有基本数据类型的成员变量值
2) 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 整个对象进行拷贝
3) 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(推荐)
1：重写clone方法来实现深拷贝
package prototype2;/* <---这是包名
-*- coding:utf-8 -*-
作者：bob-coding
日期：2022年10月04日21:42
import java.io.*;
public class clone2 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// TODO Auto-generated method stub
DeepProtoType p = new DeepProtoType();
p.name = "宋江";
p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛");
//方式1 完成深拷贝
DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.clone();
System.out.println("p.name= " + p.name + " p.deepCloneableTarget= " + p.deepCloneableTarget.hashCode());
System.out.println("p2.name= " + p.name + " p2.deepCloneableTarget= " + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
}
}
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 , 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();
}
}
class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable{
public String name; //String 属性
public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用类型
public DeepProtoType() {
super();
}
//深拷贝 - 方式 1 使用clone 方法
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Object deep = null;
//这里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，进行单独处理
DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep;
deepProtoType.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();
// TODO Auto-generated method stub
return deepProtoType;
}
}
2：通过对象序列化实现深拷贝(开发推荐使用)
package prototype2;/* <---这是包名
-*- coding:utf-8 -*-
作者：bob-coding
日期：2022年10月04日21:42
import java.io.*;
public class clone2 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// TODO Auto-generated method stub
DeepProtoType p = new DeepProtoType();
p.name = "宋江";
p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛");
//方式1 完成深拷贝
// DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.clone();
//
// System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
// System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
//方式2 完成深拷贝
DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.deepClone();
System.out.println("p.name= " + p.name + " p.deepCloneableTarget= " + p.deepCloneableTarget.hashCode());
System.out.println("p2.name= " + p.name + " p2.deepCloneableTarget= " + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
}
}
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 , 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();
}
}
class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable{
public String name; //String 属性
public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用类型
public DeepProtoType() {
super();
}
//深拷贝 - 方式 1 使用clone 方法
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Object deep = null;
//这里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，进行单独处理
DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep;
deepProtoType.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();
// TODO Auto-generated method stub
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); //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);
DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType)ois.readObject();
return copyObj;
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
e.printStackTrace();
return null;
} finally {
//关闭流
try {
bos.close();
oos.close();
bis.close();
ois.close();
} catch (Exception e2) {
// TODO: handle exception
System.out.println(e2.getMessage());
}
}
}
}
原型模式的注意事项和细节
1) 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
2) 不用重新初始化对象，而是动态地获得对象运行时的状态
3) 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
4) 在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码
5) 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。
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