一文帶你了解Java創(chuàng)建型設(shè)計模式之原型模式

更新時間：2022年09月23日 09:55:29 作者：丨Jack_Chen丨

原型模式其實就是從一個對象在創(chuàng)建另外一個可定制的對象，不需要知道任何創(chuàng)建的細節(jié)。本文就來通過示例為大家詳細聊聊原型模式，需要的可以參考一下

原型模式

概述

原型模式(Prototype Pattern)是屬于創(chuàng)建型模式。

它指用原型實例指定創(chuàng)建對象的種類，并且通過拷貝這些原型創(chuàng)建新的對象。

原型模式的核心在于拷貝原型對象。以存在的一個對象為原型，直接基于內(nèi)存二進制流進行拷貝，無需再經(jīng)歷耗時的對象初始化過程（不調(diào)用構(gòu)造函數(shù)），性能提升許多。

當直接創(chuàng)建對象的代價比較大時，則采用這種模式。利用當前系統(tǒng)中已存在的對象作為原型，對其進行克隆，避免初始化的過程。

優(yōu)缺點

優(yōu)點：

1.java自帶的原型模式是基于內(nèi)存二進制流的拷貝，比直接new一個對象性能上提升許多

2.使用原型模式將對象復制一份并將其狀態(tài)保存起來，簡化創(chuàng)建對象的過程，以便在需要的時候使用

缺點：

1.需要為每一個類配置一個克隆方法

2克隆方法位于類的內(nèi)部，當對已有類進行改造的時候，需要修改代碼，違反開閉原測

3.在實現(xiàn)深克隆時需要編寫較為復雜的代碼，而且當對象之間存在多重嵌套引用時，為了實現(xiàn)深克隆，每一層對象對應的類都必須支特深克隆，實現(xiàn)比較麻煩

應用場景

1.類初始化消耗資源較多

2.new產(chǎn)生的一個對象需要非常繁瑣的過程（數(shù)據(jù)準備或訪問權(quán)限）

3.構(gòu)造函數(shù)處比較復雜

4.循環(huán)體中生產(chǎn)大量對象時

5.資源優(yōu)化場景

6.性能和安全要求的場景

主要角色

1.客戶（Client）角色

客戶端類向原型管理器提出創(chuàng)建對象的請求。

2.抽象原型（Prototype）角色

這是一個抽象角色，此角色給出所有的具體原型類所需的接口。

3.具體原型（Concrete Prototype）角色

被復制的對象。此角色需要實現(xiàn)抽象的原型角色所要求的接口。

4.原型管理器（Prototype Manager）角色

創(chuàng)建具體原型類的對象，并記錄每一個被創(chuàng)建的對象。

原型模式的基本使用

創(chuàng)建原型接口

public interface IPrototype<T> {
    T clone();
}

創(chuàng)建具體需要克隆對象

@Data
@ToString
public class ConcretePrototype implements IPrototype {
    private int age;
    private String name;
    @Override
    public ConcretePrototype clone() {
        ConcretePrototype concretePrototype = new ConcretePrototype();
        concretePrototype.setAge(this.age);
        concretePrototype.setName(this.name);
        return concretePrototype;
    }
}

使用

    public static void main(String[] args) {
        //創(chuàng)建原型對象
        ConcretePrototype prototype = new ConcretePrototype();
        prototype.setAge(20);
        prototype.setName("jack");
        System.out.println(prototype);
        //拷貝原型對象
        ConcretePrototype cloneType = prototype.clone();
        System.out.println(cloneType);
    }

JDK自帶原型接口的使用

原型模式就是如此簡單，通常開發(fā)中不會這樣使用。其實JDK提供了一個現(xiàn)成的API接口，那就是Cloneable接口。

@Data
@ToString
public class ConcretePrototype implements Cloneable {
    private int age;
    private String name;
    private List<String> hobbies;
    @Override
    public ConcretePrototype clone() {
        try {
            return (ConcretePrototype)super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

淺克隆與深度克隆

淺克隆

添加一個hobby屬性，當給克隆對象的hobby屬性添加一項時，最終結(jié)果會導致原型對象發(fā)生變化，也就是hobby屬性用于一個內(nèi)存地址。這就是淺克隆。

@Data
@ToString
public class ConcretePrototype implements Cloneable {
    private int age;
    private String name;
    private List<String> hobby;
    @Override
    public ConcretePrototype clone() {
        try {
            return (ConcretePrototype)super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

    public static void main(String[] args) {
        ConcretePrototype prototype = new ConcretePrototype();
        prototype.setAge(22);
        prototype.setName("jack");
        List<String> hobby = new ArrayList<String>();
        hobby.add("java");
        hobby.add("python");
        hobby.add("go");
        prototype.setHobby(hobby);
        // 拷貝原型對象
        ConcretePrototype cloneType = prototype.clone();
        cloneType.getHobby().add("php");
        System.out.println("原型對象：" + prototype);
        System.out.println("克隆對象：" + cloneType);
        System.out.println(prototype == cloneType);
        System.out.println(prototype.getHobby() == cloneType.getHobby());
    }

原型對象：ConcretePrototype(age=22, name=jack, hobby=[java, python, go, php])
克隆對象：ConcretePrototype(age=22, name=jack, hobby=[java, python, go, php])
false
true

深度克隆

可使用序列化方式實現(xiàn)對象的深度克隆

@Data
@ToString
public class ConcretePrototype implements Cloneable, Serializable {
    private int age;
    private String name;
    private List<String> hobby;
    @Override
    public ConcretePrototype clone() {
        try {
            return (ConcretePrototype) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
    public ConcretePrototype deepClone() {
        try {
            ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
            oos.writeObject(this);
            ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
            return (ConcretePrototype) ois.readObject();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

    public static void main(String[] args) {
        //創(chuàng)建原型對象
        ConcretePrototype prototype = new ConcretePrototype();
        prototype.setAge(22);
        prototype.setName("jack");
        List<String> hobby = new ArrayList<String>();
        hobby.add("java");
        hobby.add("python");
        hobby.add("go");
        prototype.setHobby(hobby);
        // 拷貝原型對象
        ConcretePrototype cloneType = prototype.deepClone();
        cloneType.getHobby().add("php");
        System.out.println("原型對象：" + prototype);
        System.out.println("克隆對象：" + cloneType);
        System.out.println(prototype == cloneType);
        System.out.println(prototype.getHobby() == cloneType.getHobby());
    }

原型對象：ConcretePrototype(age=22, name=jack, hobby=[java, python, go])
克隆對象：ConcretePrototype(age=22, name=jack, hobby=[java, python, go, php])
false
false

也可這樣操作，多克隆一次

    public ConcretePrototype deepClone2() {
        try {
            ConcretePrototype result = (ConcretePrototype) super.clone();
            result.hobby = (List) ((ArrayList) result.hobby).clone();
            return result;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

單例的破壞

如果克隆的目標對象是單例對象，深克隆就會破壞單例。

解決方案：禁止深克隆。

1.讓單例類不實現(xiàn)Cloneable接口

2.重寫clone方法，在clone方法中返回單例對象即可

@Data
@ToString
public class ConcretePrototype implements Cloneable {
    private static  ConcretePrototype instance = new ConcretePrototype();
    private ConcretePrototype(){}
    public static ConcretePrototype getInstance(){
        return instance;
    }
    @Override
    public ConcretePrototype clone() {
       return instance;
    }
}

到此這篇關(guān)于一文帶你了解Java創(chuàng)建型設(shè)計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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