设计模式-原型模式

1. 具体需求

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. 传统解决方式

1）思路分析

2）代码演示

//sheep class
public 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 + "]";
	}
}

//客户端创建10只羊代码
public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		//传统方法
		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);
		//...
	}

}

3）传统方式的优缺点

优点是比较好理解，简单易操作
缺点是在创建新对象的时候，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

4）改进思路

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

3. 原型模式解决方式

3.1 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

3.2 原理图

原理图说明：

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）Clint：客户端，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）

3.3 应用实例

使用原型模式改进传统方式，让程序具有更高的效率和扩展性。

代码实现：

写原型类，实现Cloneable，重写clone方法

//prototype
public class SheepPrototype implements Cloneable{
    private String name;
    private int age;
    private String color;
    public SheepPrototype(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() {
        SheepPrototype sheepPrototype = null;
        try {
            sheepPrototype = (SheepPrototype)super.clone();
        }catch (Exception e){
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        return sheepPrototype;
    }
}

使用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        SheepPrototype sheep = new SheepPrototype("tom", 1, "white");
        SheepPrototype sheep2 = (SheepPrototype) sheep.clone();//克隆
        SheepPrototype sheep3 = (SheepPrototype) sheep.clone();
        SheepPrototype sheep4 = (SheepPrototype) sheep.clone();
        SheepPrototype sheep5 = (SheepPrototype) sheep.clone();
        //……
        System.out.println(sheep2.toString());
        System.out.println(sheep3.toString());
    }
}

使用的是克隆，两个对象只是属性相同，并不==

4. 原型模式在Spring框架中源码分析

1）Spring中原型bean的创建，就是原型模式的应用

2）代码分析+Debug源码

5. 深入讨论-深拷贝和浅拷贝

5.1 浅拷贝基本介绍

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。（对象的属性没有真正的复制，而是指向同一个空间）

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

sheepPrototype = (SheepPrototype)super.clone();

5.2 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(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） ### 5.3 深拷贝应用实例 1）使用重写clone方法实现深拷贝 2）使用序列化来实现深拷贝

代码演示

//Target
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;
    }

    //因为这个类的属性都是String（基本数据类型），所以用默认的clone方法就可以完成
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

//Prototype
public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable {
    public String name; //String 数据类型
    public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用数据类型
    public DeepProtoType() {
        super();
    }


    //深拷贝 - 方式1：使用clone方法
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Object deep = null;
        // 这里完成基本数据类型的属性以及String属性的克隆
        deep = super.clone();
        // 对引用数据类型的属性，单独进行处理
        DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep;
        // 因为要克隆的引用数据类型本身也实现了clone方法，所以直接调用他的克隆来赋值完成克隆
        deepProtoType.deepCloneableTarget  = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();

        return deepProtoType;
    }

    //深拷贝 - 方式2：通过对象的序列化（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) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        } finally {
            // 关闭流
            try {
                bos.close();
                oos.close();
                bis.close();
                ois.close();
            } catch (Exception e2) {
                System.out.println(e2.getMessage());
            }
        }
    }
}

//Test
public class DeepClient {
    public static void main(String[] args) {

        DeepProtoType deepProtoType = new DeepProtoType();
        deepProtoType.name = "A";
        deepProtoType.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("Target","ooo");

        try {
            DeepProtoType clone = (DeepProtoType) deepProtoType.clone();
            System.out.println("-----方式1-----");
            System.out.println("name=" + deepProtoType.name + " deepCloneTarget hashcode = " + deepProtoType.deepCloneableTarget.hashCode());
            System.out.println("----After Deep Clone---");
            System.out.println("name=" + clone.name + " deepCloneTarget hashcode = " + clone.deepCloneableTarget.hashCode());

            DeepProtoType clone2 = (DeepProtoType) deepProtoType.deepClone();
            System.out.println("-----方式2-----");
            System.out.println("name=" + deepProtoType.name + " deepCloneTarget hashcode = " + deepProtoType.deepCloneableTarget.hashCode());
            System.out.println("----After Deep Clone---");
            System.out.println("name=" + clone2.name + " deepCloneTarget hashcode = " + clone2.deepCloneableTarget.hashCode());
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

6. 原型模式注意事项和细节

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 缺点：需要为每一个类配备一个克隆方法，这对全新的类來说不是很难，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。