java設(shè)計(jì)模式--原型模式詳解
更新時(shí)間：2021年07月19日 15:32:52 作者：吾仄lo咚鏘
這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了Java設(shè)計(jì)模式之Prototype原型模式的相關(guān)資料，文中示例代碼介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們可以參考一下
引例
問題：
現(xiàn)在有一只羊（包含屬性：名字Dolly、年齡2），需要克隆10只屬性完全相同的羊。
一般解法：
定義Sheep類表示羊，包括構(gòu)造器、getter()和toString()。
public class Sheep {
private String name;
private int age;
public Sheep(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public int getAge() {
return age;
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
在客戶端實(shí)例化多利，然后再根據(jù)多利的屬性去實(shí)例化10只羊。
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
Sheep sheep1 = new Sheep(sheepDolly.getName(), sheepDolly.getAge());
Sheep sheep2 = new Sheep(sheepDolly.getName(), sheepDolly.getAge());
Sheep sheep3 = new Sheep(sheepDolly.getName(), sheepDolly.getAge());
//....
System.out.println(sheep1+",hashCode:"+sheep1.hashCode());
System.out.println(sheep2+",hashCode:"+sheep2.hashCode());
System.out.println(sheep3+",hashCode:"+sheep3.hashCode());
//...
}
}
運(yùn)行結(jié)果
優(yōu)缺點(diǎn)：
這種方法是我們首先很容易就能想到的，也是絕大多數(shù)人的第一做法。
但缺點(diǎn)也很明顯，每次創(chuàng)建新對(duì)象時(shí)需要獲取原始對(duì)象的屬性，對(duì)象復(fù)雜時(shí)效率很低；此外不能動(dòng)態(tài)獲得對(duì)象運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)，若類增減屬性需要改動(dòng)代碼。
下面我們看下原型模式的解法。
原型模式
原型模式(Prototype Pattern)是一種創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式，允許一個(gè)對(duì)象再創(chuàng)建另外一個(gè)可定制的對(duì)象，無需知道如何創(chuàng)建的細(xì)節(jié)。即用原型實(shí)例指定創(chuàng)建對(duì)象的種類，并且通過拷貝這些原型，創(chuàng)建新的對(duì)象。
工作原理：將原型對(duì)象傳給那個(gè)要發(fā)動(dòng)創(chuàng)建的對(duì)象，這個(gè)要發(fā)動(dòng)創(chuàng)建的對(duì)象通過請(qǐng)求原型對(duì)象拷貝它們自己來實(shí)施創(chuàng)建。即用基類Object的clone()方法或序列化。
UML類圖：
- Prototype：原型類，聲明一個(gè)克隆自己的接口
- ConcretePrototype: 具體的原型類, 實(shí)現(xiàn)一個(gè)克隆自己的操作
- Client: 客戶端讓一個(gè)原型對(duì)象克隆自己，從而創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象
原型模式又可分為淺拷貝和深拷貝，區(qū)別在于對(duì)引用數(shù)據(jù)類型的成員變量的拷貝，小朋友你是否有很多問號(hào)？ 不急 ，看完這兩種方法實(shí)現(xiàn)你就懂了。
淺拷貝
在原先Sheep類基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)Cloneable接口，重寫clone方法。
public class Sheep implements Cloneable{
private String name;
private int age;
@Override
protected Object clone() {//克隆該實(shí)例，使用默認(rèn)的clone方法來完成
Sheep sheep = null;
try {
sheep = (Sheep)super.clone();
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
return sheep;
}
public Sheep(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
客戶端調(diào)用
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
Sheep sheep1 = (Sheep)sheepDolly.clone();
Sheep sheep2 = (Sheep)sheepDolly.clone();
Sheep sheep3 = (Sheep)sheepDolly.clone();
//....
System.out.println("sheep1:"+sheep1+",hashCode:" + sheep1.hashCode());
System.out.println("sheep2:"+sheep2+",hashCode:" + sheep2.hashCode());
System.out.println("sheep3:"+sheep3+",hashCode:" + sheep3.hashCode());
//...
}
}
運(yùn)行結(jié)果
至此，原型模式的淺拷貝也成功克隆了三個(gè)對(duì)象，但是看進(jìn)度條發(fā)現(xiàn)并不簡單。
現(xiàn)在小羊有了一個(gè)朋友小牛，Sheep類添加了一個(gè)引用屬性Cow，我們同樣再克隆一遍。
Sheep類
public class Sheep implements Cloneable{
private String name;
private int age;
public Cow friend;//新朋友Cow對(duì)象，其余不變
@Override
protected Object clone() {
Sheep sheep = null;
try {
sheep = (Sheep)super.clone();
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
return sheep;
}
public Sheep(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
新添的Cow類
public class Cow {
private String name;
private int age;
public Cow(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Cow{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
客戶端調(diào)用克隆
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
sheepDolly.friend=new Cow("Tom",1); //并實(shí)例化朋友
Sheep sheep1 = (Sheep)sheepDolly.clone();
Sheep sheep2 = (Sheep)sheepDolly.clone();
Sheep sheep3 = (Sheep)sheepDolly.clone();
//....
System.out.println("sheep1:"+sheep1+",hashCode:" + sheep1.hashCode());
System.out.println("sheep1.friend:"+sheep1.friend+",hashCode:" + sheep1.friend.hashCode()+'\n');
System.out.println("sheep2:"+sheep2+",hashCode:" + sheep2.hashCode());
System.out.println("sheep2.friend:"+sheep2.friend+",hashCode:" + sheep2.friend.hashCode()+'\n');
System.out.println("sheep3:"+sheep3+",hashCode:" + sheep3.hashCode());
System.out.println("sheep3.friend:"+sheep3.friend+",hashCode:" + sheep3.friend.hashCode()+'\n');
//...
}
}
運(yùn)行結(jié)果
通過運(yùn)行結(jié)果發(fā)現(xiàn)，淺拷貝通過Object的clone()成功克隆實(shí)例化了三個(gè)新對(duì)象，但是并沒有克隆實(shí)例化對(duì)象中的引用屬性，也就是沒有克隆friend對(duì)象（禁止套娃 ），三個(gè)新克隆對(duì)象的friend還是指向原克隆前的friend，即同一個(gè)對(duì)象。
這樣的話，他們四個(gè)的friend是引用同一個(gè)，若一個(gè)對(duì)象修改了friend屬性，勢(shì)必會(huì)影響其他三個(gè)對(duì)象的該成員變量值。
小結(jié)：
- 淺拷貝是使用默認(rèn)的 clone()方法來實(shí)現(xiàn)
- 基本數(shù)據(jù)類型的成員變量，淺拷貝會(huì)直接進(jìn)行值傳遞（復(fù)制屬性值給新對(duì)象）。
- 引用數(shù)據(jù)類型的成員變量，淺拷貝會(huì)進(jìn)行引用傳遞（復(fù)制引用值(內(nèi)存地址)給新對(duì)象）。
深拷貝
方法一：
機(jī)靈的人兒看出，再clone一遍cow不就好了，但是手動(dòng)遞歸下去不推薦。
1.Cow類也實(shí)現(xiàn)Cloneable接口
public class Cow implements Cloneable{
private String name;
private int age;
public Cow(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
//無引用類型，直接clone即可
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone(); //直接拋出了，沒用try-catch
}
@Override
public String toString() {
return "Cow{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
Sheep類的clone再添加調(diào)用cow的clone
public class Sheep implements Cloneable{
private String name;
private int age;
public Cow friend;//新朋友Cow對(duì)象，其余不變
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Object deep = null;
//完成對(duì)基本數(shù)據(jù)類型(屬性)和String的克隆
deep = super.clone();
//對(duì)引用類型的屬性，進(jìn)行再次clone
Sheep sheep = (Sheep)deep;
sheep.friend = (Cow)friend.clone();
return sheep;
}
public Sheep(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
客戶端調(diào)用
public class Client {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
sheepDolly.friend=new Cow("Tom",1); //并實(shí)例化朋友
Sheep sheep1 = (Sheep)sheepDolly.clone();
Sheep sheep2 = (Sheep)sheepDolly.clone();
Sheep sheep3 = (Sheep)sheepDolly.clone();
//....
System.out.println("sheep1:"+sheep1+",hashCode:" + sheep1.hashCode());
System.out.println("sheep1.friend:"+sheep1.friend+",hashCode:" + sheep1.friend.hashCode()+'\n');
System.out.println("sheep2:"+sheep2+",hashCode:" + sheep2.hashCode());
System.out.println("sheep2.friend:"+sheep2.friend+",hashCode:" + sheep2.friend.hashCode()+'\n');
System.out.println("sheep3:"+sheep3+",hashCode:" + sheep3.hashCode());
System.out.println("sheep3.friend:"+sheep3.friend+",hashCode:" + sheep3.friend.hashCode()+'\n');
//...
}
}
運(yùn)行結(jié)果
方法二：
通過對(duì)象序列化實(shí)現(xiàn)深拷貝(推薦)
1.Cow類實(shí)現(xiàn)序列化接口，不必實(shí)現(xiàn)Cloneable接口了
public class Cow implements Serializable {
private String name;
private int age;
public Cow(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Cow{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
2.在Sheep類實(shí)現(xiàn)序列化接口
public class Sheep implements Serializable { //實(shí)現(xiàn)序列化接口
private String name;
private int age;
public Cow friend;
public Sheep(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
public Object deepClone() { //深拷貝
//創(chuàng)建流對(duì)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); //當(dāng)前這個(gè)對(duì)象以對(duì)象流的方式輸出
//反序列化
bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ois = new ObjectInputStream(bis);
Sheep sheep = (Sheep) ois.readObject();
return sheep;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return null;
} finally {
//關(guān)閉流
try {
bos.close();
oos.close();
bis.close();
ois.close();
} catch (Exception e2) {
System.out.println(e2.getMessage());
}
}
}
}
3.客戶端調(diào)用
public class Client {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
sheepDolly.friend=new Cow("Tom",1); //并實(shí)例化朋友
Sheep sheep1 = (Sheep)sheepDolly.deepClone();
Sheep sheep2 = (Sheep)sheepDolly.deepClone();
Sheep sheep3 = (Sheep)sheepDolly.deepClone();
//....
System.out.println("sheep1:"+sheep1+",hashCode:" + sheep1.hashCode());
System.out.println("sheep1.friend:"+sheep1.friend+",hashCode:" + sheep1.friend.hashCode()+'\n');
System.out.println("sheep2:"+sheep2+",hashCode:" + sheep2.hashCode());
System.out.println("sheep2.friend:"+sheep2.friend+",hashCode:" + sheep2.friend.hashCode()+'\n');
System.out.println("sheep3:"+sheep3+",hashCode:" + sheep3.hashCode());
System.out.println("sheep3.friend:"+sheep3.friend+",hashCode:" + sheep3.friend.hashCode()+'\n');
//...
}
}
運(yùn)行結(jié)果
原型模式總結(jié)：
- 創(chuàng)建新的對(duì)象比較復(fù)雜時(shí)，可以利用原型模式簡化對(duì)象的創(chuàng)建過程，同時(shí)也能夠提高效率
- 可以不用重新初始化對(duì)象，動(dòng)態(tài)地獲得對(duì)象運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)。
- 如果原始對(duì)象發(fā)生變化(增加或者減少屬性)，其它克隆對(duì)象的也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，無需修改代碼
- 若成員變量無引用類型，淺拷貝clone即可；若引用類型的成員變量很少，可考慮遞歸實(shí)現(xiàn)clone，否則推薦序列化。
總結(jié)
本篇文章就到這里了，希望能給你帶來幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容！
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