【1】概述
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。
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
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()。
形象的理解:孙大圣拔出猴毛, 变出其它孙大圣
① UML类图
原理结构图说明
- Prototype : 原型类,声明一个克隆自己的接口
- ConcretePrototype: 具体的原型类, 实现一个克隆自己的操作
- Client: 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)
【2】案例分析
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
public class Client { public static void main(String[] args) { //传统的方法 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); //... } }
Sheep类
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 + "]"; } }
传统的方式的优缺点
优点是比较好理解,简单易操作。
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
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
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。
② 原型模式
改进后的Sheep类
// 让其实现Cloneable 接口 public class Sheep implements Cloneable { private String name; private int age; private String color; private String address = "蒙古羊"; public Sheep friend; //是对象, 克隆时会如何处理 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 + ", address=" + address + "]"; } //克隆该实例,使用默认的clone方法来完成 @Override protected Object clone() { Sheep sheep = null; try { sheep = (Sheep)super.clone(); } catch (Exception e) { System.out.println(e.getMessage()); } return sheep; } }
客户端测试
public class Client { public static void main(String[] args) { System.out.println("原型模式完成对象的创建"); Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色"); sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色"); Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆 Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆 Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆 Sheep sheep5 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆 System.out.println("sheep2 =" + sheep2 + "sheep2.friend=" + sheep2.friend.hashCode()); System.out.println("sheep3 =" + sheep3 + "sheep3.friend=" + sheep3.friend.hashCode()); System.out.println("sheep4 =" + sheep4 + "sheep4.friend=" + sheep4.friend.hashCode()); System.out.println("sheep5 =" + sheep5 + "sheep5.friend=" + sheep5.friend.hashCode()); } }
打印结果如下所示,需要注意的是这里虽然sheep2、sheep3、sheep4、sheep5是不同的对象,但是其成员friend都是同一个实例对象哦。
原型模式完成对象的创建 sheep2 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古羊]sheep2.friend=1173230247 sheep3 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古羊]sheep3.friend=1173230247 sheep4 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古羊]sheep4.friend=1173230247 sheep5 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古羊]sheep5.friend=1173230247
Spring 中原型bean 的创建,就是原型模式的应用。
【3】浅拷贝和深拷贝
① 浅拷贝
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。
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。
前面我们看到虽然sheep2、sheep3、sheep4、sheep5是不同的对象,但是其成员friend都是同一个实例对象,也就是前面我们克隆羊就是浅拷贝.
浅拷贝是使用默认的clone()方法来实现:sheep = (Sheep) super.clone();
② 深拷贝
深拷贝必须满足两个条件:
- 复制对象的所有基本数据类型的成员变量值
- 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
深拷贝的两种实现方式:
- 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)
假设成员变量DeepCloneableTarget 是一个对象,如下所示:
// 这是一个引用对象,是DeepProtoType成员 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(); } }
① 重写clone方法
如下所示,实现Cloneable接口,重写clone()方法。
public class DeepProtoType implements 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; } }
② 通过对象的序列化实现
public class DeepProtoType implements Serializable{ public String name; //String 属性 public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用类型 public DeepProtoType() { super(); } //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) { 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()); } } } }
③ 总结
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。可以实现不用重新初始化对象,而是动态地获得对象运行时的状态。
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。但是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(Open Closed Principle, OCP开闭原则)。