设计模式——原型设计模式

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。

1. 传统方式解决克隆羊问题

        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());
        Sheep sheep6 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        Sheep sheep7 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        Sheep sheep8 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        Sheep sheep9 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        Sheep sheep10 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());

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

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()

2.原型模式的使用

代码展示

public class Sheep implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;
    private String color;

    public Sheep(String name, Integer 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 Integer getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    @Override
    protected Object clone() {
        Sheep sheep = null;
        try {
            sheep = (Sheep) super.clone();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        return sheep;
    }

}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //原型模式做法
        Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");

         Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone();
         Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone();
         Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone();
         Sheep sheep5 = (Sheep)sheep.clone();

        System.out.println(sheep);
        System.out.println(sheep2);
        System.out.println(sheep3);
        System.out.println(sheep4);
        System.out.println(sheep5);
    }
}

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3.Spring中的使用

image.png image.png

4.浅拷贝和深拷贝

4.1 浅拷贝的介绍

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
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();

• 基本数据类型
  基本数据类型只有8种，可按照如下分类
  ①整数类型：long、int、short、byte
  ②浮点类型：float、double
  ③字符类型：char
  ④布尔类型：boolean
• 引用数据类型
  引用数据类型非常多，大致包括：
  类、 接口类型、 数组类型、 枚举类型、 注解类型、 字符串型
  例如，String类型就是引用类型。

image.png

public class Sheep implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;
    private String color;
    public Sheep friend;
    
    public Sheep(String name, Integer age, String color) {
        super();
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
    }
}

main中

        Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
        sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");

         Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone();
         Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone();
         Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone();
         Sheep sheep5 = (Sheep)sheep.clone();

        System.out.println(sheep+ " : "+ sheep.friend.hashCode());
        System.out.println(sheep2+ " : "+ sheep2.friend.hashCode());
        System.out.println(sheep3+ " : "+ sheep3.friend.hashCode());
        System.out.println(sheep4+ " : "+ sheep4.friend.hashCode());
        System.out.println(sheep5+ " : "+ sheep.friend.hashCode());

image.png

疑问：

//原型模式做法
        Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");

        sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");

         Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone();
         Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone();
         Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone();
         Sheep sheep5 = (Sheep)sheep.clone();

        System.out.println(sheep.hashCode()+ " : "+ sheep.friend.hashCode());
        System.out.println(sheep2.hashCode()+ " : "+ sheep2.friend.hashCode());
        System.out.println(sheep3.hashCode()+ " : "+ sheep3.friend.hashCode());
        System.out.println(sheep4.hashCode()+ " : "+ sheep4.friend.hashCode());
        System.out.println(sheep5.hashCode()+ " : "+ sheep.friend.hashCode());

image.png

4.2 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

3. 深拷贝实现方式 1：重写 clone 方法来实现深拷贝

4. 深拷贝实现方式 2：通过对象序列化实现深拷贝(推荐)

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 ,  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();
    }
}

package com.cn.bean;

import java.io.*;

public 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();
        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) {
            return null;
        } finally {
            //关闭流
            try {
                bos.close();
                oos.close();
                bis.close();
                ois.close();
            } catch (Exception e2) {
                System.out.println(e2);
            }
        }

    }
}

package com.cn.bean;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        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("使用 clone 方法");
        System.out.println("p.name=" + p.name + "   p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println("p2.name=" + p2.name + "   p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());

       // 方式 2  完成深拷贝
        DeepProtoType p3 = (DeepProtoType) p.deepClone();
        System.out.println("通过对象的序列化实现");
        System.out.println("p.name=" + p.name + "  p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println("p3.name=" + p3.name + "  p2.deepCloneableTarget=" + p3.deepCloneableTarget.hashCode());

    }
}

image.png

5. 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，这点请同学们注意.

6. 应用场景

原型模式通常适用于以下场景。

• 对象之间相同或相似，即只是个别的几个属性不同的时候。
• 创建对象成本较大，例如初始化时间长，占用CPU太多，或者占用网络资源太多等，需要优化资源。
• 创建一个对象需要繁琐的数据准备或访问权限等，需要提高性能或者提高安全性。
• 系统中大量使用该类对象，且各个调用者都需要给它的属性重新赋值。