快捷導(dǎo)航

Java?深入理解創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式之原型模式

更新時(shí)間：2022年02月16日 16:19:57 作者：張起靈-小哥

原型（Prototype）模式的定義如下：用一個(gè)已經(jīng)創(chuàng)建的實(shí)例作為原型，通過(guò)復(fù)制該原型對(duì)象來(lái)創(chuàng)建一個(gè)和原型相同或相似的新對(duì)象。在這里，原型實(shí)例指定了要?jiǎng)?chuàng)建的對(duì)象的種類(lèi)。用這種方式創(chuàng)建對(duì)象非常高效，根本無(wú)須知道對(duì)象創(chuàng)建的細(xì)節(jié)

1.思考問(wèn)題

現(xiàn)在有一只羊 tom，姓名為: tom，年齡為:1，顏色為:白色，請(qǐng)編寫(xiě)程序創(chuàng)建和 tom羊?qū)傩酝耆嗤?0只羊。

按照傳統(tǒng)的思路來(lái)，我們可能會(huì)按照下面的方式去寫(xiě)。

那么這種寫(xiě)法的優(yōu)缺點(diǎn)自然而然就出來(lái)了：

優(yōu)點(diǎn)是比較好理解，簡(jiǎn)單易操作。
缺點(diǎn)是在創(chuàng)建新的對(duì)象時(shí)，總是需要重新獲取原始對(duì)象的屬性，如果創(chuàng)建的對(duì)象比較復(fù)雜時(shí)，效率較低?？偸切枰匦鲁跏蓟瘜?duì)象，而不是動(dòng)態(tài)地獲得對(duì)象運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)，不夠靈活。
改進(jìn)的思路分析：Java中Object類(lèi)是所有類(lèi)的根類(lèi)，Object類(lèi)提供了一個(gè) clone()方法，該方法可以將一個(gè)Java對(duì)象復(fù)制一份，但是需要實(shí)現(xiàn)clone的Java類(lèi)必須要實(shí)現(xiàn)一個(gè)接口Cloneable，該接口表示該類(lèi)能夠復(fù)制且具有復(fù)制的能力 => 原型模式。

2.什么是原型模式？

原型模式(Prototype模式)是指: 用原型實(shí)例指定創(chuàng)建對(duì)象的種類(lèi)，并且通過(guò)拷貝這些原型，創(chuàng)建新的對(duì)象。
原型模式是一種創(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(wú)需知道如何創(chuàng)建的細(xì)節(jié)。
工作原理是: 通過(guò)將一個(gè)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(guò)請(qǐng)求原型對(duì)象拷貝它們自己來(lái)實(shí)施創(chuàng)建，即對(duì)象.clone()。

原型模式相關(guān)的類(lèi)圖如下：

3.克隆羊多莉案例代碼（淺拷貝）

這里由于我是新建的普通Java項(xiàng)目，并不是maven項(xiàng)目，所以沒(méi)法加lombok依賴(lài)。那么這里的構(gòu)造器、setter/getter方法顯得這個(gè)類(lèi)的篇幅比較長(zhǎng)。。。

package com.szh.prototype.shallowclone;
 
public class Sheep implements Cloneable {
    private String name;
    private Integer age;
    private String color;
    private Sheep friend;
 
    public Sheep(String name, Integer age, String color) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
    }
 
    public Sheep(String name, Integer age, String color, Sheep friend) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
        this.friend = friend;
    }
 
    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;
    }
 
    public Sheep getFriend() {
        return friend;
    }
 
    public void setFriend(Sheep friend) {
        this.friend = friend;
    }
 
    @Override
    public String toString() {
        return "Sheep{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", color='" + color + '\'' +
                ", friend=" + friend +
                '}';
    }
 
    //克隆該實(shí)例，使用默認(rèn)的clone方法來(lái)完成
    @Override
    protected Object clone()  {
        Sheep sheep = null;
        try {
            sheep = (Sheep) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        return sheep;
    }
}

package com.szh.prototype.shallowclone;
 
public class MainTest {
    public static void main(String[] args) {
        Sheep sheep = new Sheep("多莉",5,"黑白相間",new Sheep("喜羊羊",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 + "  sheep.friend.hashCode = " + sheep.getFriend().hashCode());
        System.out.println(sheep2 + "  sheep2.friend.hashCode = " + sheep2.getFriend().hashCode());
        System.out.println(sheep3 + "  sheep3.friend.hashCode = " + sheep3.getFriend().hashCode());
        System.out.println(sheep4 + "  sheep4.friend.hashCode = " + sheep4.getFriend().hashCode());
        System.out.println(sheep5 + "  sheep5.friend.hashCode = " + sheep5.getFriend().hashCode());
    }
}

從上面的運(yùn)行結(jié)果中可以看到，Sheep類(lèi)中的前三個(gè)成員屬性都可以成功的拷貝，但是最后一個(gè)friend，它表示羊的朋友（也是Sheep類(lèi)型，就是引用類(lèi)型了）。而當(dāng)我們拷貝完成之后，應(yīng)該來(lái)說(shuō)都是不一樣的新的對(duì)象，但是它們中的friend屬性的hashCode居然是一樣的！??！這里我們就要來(lái)聊一聊深拷貝和淺拷貝了。

淺拷貝：

對(duì)于數(shù)據(jù)類(lèi)型是基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的成員變量，淺拷貝會(huì)直接進(jìn)行值傳遞，也就是將該屬性值復(fù)制一份給新的對(duì)象。
對(duì)于數(shù)據(jù)類(lèi)型是引用數(shù)據(jù)類(lèi)型的成員變量，比如說(shuō)成員變量是某個(gè)數(shù)組、某個(gè)類(lèi)對(duì)象等，那么淺拷貝會(huì)進(jìn)行引用傳遞，也就是只是將該成員變量的引用值(內(nèi)存地址〉復(fù)制一份給新的對(duì)象。因?yàn)閷?shí)際上兩個(gè)對(duì)象的該成員變量都指向同一個(gè)實(shí)例。在這種情況下，在一個(gè)對(duì)象中修改該成員變量會(huì)影響到另一個(gè)對(duì)象的該成員變量值。
前面我們克隆羊就是淺拷貝。淺拷貝是使用默認(rèn)的clone()方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：sheep= (Sheep) super.clone();

深拷貝：

復(fù)制對(duì)象的所有基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的成員變量值。
為所有引用數(shù)據(jù)類(lèi)型的成員變量申請(qǐng)存儲(chǔ)空間，并復(fù)制每個(gè)引用數(shù)據(jù)類(lèi)型成員變量所引用的對(duì)象，直到該對(duì)象可達(dá)的所有對(duì)象。也就是說(shuō)，對(duì)象進(jìn)行深拷貝要對(duì)整個(gè)對(duì)象(包括對(duì)象的引用類(lèi)型)進(jìn)行拷貝。
深拷貝實(shí)現(xiàn)方式1: 重寫(xiě)clone方法來(lái)實(shí)現(xiàn)深拷貝。
深拷貝實(shí)現(xiàn)方式2: 通過(guò)對(duì)象序列化實(shí)現(xiàn)深拷貝(推薦)。

4.深拷貝代碼案例

package com.szh.prototype.deepclone;
 
import java.io.Serializable;
 
public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable {
 
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String cloneName;
    private String cloneClass;
 
    public DeepCloneableTarget(String cloneName, String cloneClass) {
        this.cloneName = cloneName;
        this.cloneClass = cloneClass;
    }
 
    @Override
    public String toString() {
        return "DeepCloneableTarget{" +
                "cloneName='" + cloneName + '\'' +
                ", cloneClass='" + cloneClass + '\'' +
                '}';
    }
 
    //因?yàn)樵擃?lèi)的屬性，都是String , 因此我們這里使用默認(rèn)的clone完成即可
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

package com.szh.prototype.deepclone;
 
import java.io.*;
 
public class DeepPrototype implements Serializable, Cloneable {
 
    public String name; //String 屬性
    public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用類(lèi)型
 
    public DeepPrototype() {
        super();
    }
 
    @Override
    public String toString() {
        return "DeepPrototype{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", deepCloneableTarget=" + deepCloneableTarget +
                '}';
    }
 
    //深拷貝 - 方式 1 使用clone 方法
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Object deep = null;
        deep = super.clone();
        DeepPrototype deepPrototype = (DeepPrototype) deep;
        deepPrototype.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget) deepCloneableTarget.clone();
        return deepPrototype;
    }
 
    //深拷貝 - 方式2 通過(guò)對(duì)象的序列化實(shí)現(xiàn) (推薦)
    public Object deepClone() {
        //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);
 
            //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 {
            //關(guān)閉流
            try {
                ois.close();
                bis.close();
                oos.close();
                bos.close();
            } catch (Exception e2) {
                System.out.println(e2.getMessage());
            }
        }
    }
}

package com.szh.prototype.deepclone;
 
public class MainTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DeepPrototype prototype = new DeepPrototype();
        prototype.name = "張起靈";
        prototype.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("小哥","悶油瓶");
 
        //方式1 完成深拷貝
        DeepPrototype prototype2 = (DeepPrototype) prototype.clone();
        System.out.println("方式1 完成深拷貝");
        System.out.println("prototype.name = " + prototype.name + ", prototype.deepCloneableTarget = " + prototype.deepCloneableTarget);
        System.out.println("prototype.deepCloneableTarget.hashCode = " + prototype.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println("-------------------------------------------------------");
        System.out.println("prototype2.name = " + prototype2.name + ", prototype2.deepCloneableTarget = " + prototype2.deepCloneableTarget);
        System.out.println("prototype2.deepCloneableTarget.hashCode = " + prototype2.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println("==============================================================================");
 
        //方式2 完成深拷貝
        DeepPrototype prototype3 = (DeepPrototype) prototype.deepClone();
        System.out.println("方式2 完成深拷貝");
        System.out.println("prototype.name = " + prototype.name + ", prototype.deepCloneableTarget = " + prototype.deepCloneableTarget);
        System.out.println("prototype.deepCloneableTarget.hashCode = " + prototype.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println("-------------------------------------------------------");
        System.out.println("prototype3.name = " + prototype3.name + ", prototype3.deepCloneableTarget = " + prototype3.deepCloneableTarget);
        System.out.println("prototype3.deepCloneableTarget.hashCode = " + prototype3.deepCloneableTarget.hashCode());
    }
}

5.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(jiǎn)化對(duì)象的創(chuàng)建過(guò)程，同時(shí)也能夠提高效率。
不用重新初始化對(duì)象，而是動(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(wú)需修改代碼。
在實(shí)現(xiàn)深克隆的時(shí)候可能需要比較復(fù)雜的代碼。
缺點(diǎn): 需要為每一個(gè)類(lèi)配備一個(gè)克隆方法，這對(duì)全新的類(lèi)來(lái)說(shuō)不是很難，但對(duì)已有的類(lèi)進(jìn)行改造時(shí)，需要修改其源代碼，違背了ocp原則。

到此這篇關(guān)于Java 深入理解創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式之原型模式的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java 原型模式內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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