JAVA设计模式——【原型模式】-阿里云开发者社区

JAVA设计模式——【原型模式】

2021-12-27 118

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简介： JAVA设计模式——【原型模式】

传统方式

原型模式基本介绍

原型模式在spring框架中源码分析

深入讨论-浅讨论和深拷贝

原型模式的注意事项和细节

传统方式

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。

传统方式解决克隆羊问题

思路分析（图解）

代码演示:

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 + "]";
  }
}

public class Client {
  public static void main(String[] args) {
    // TODO Auto-generated method stub
    //传统方法
    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);
    //...
  }
}

传统方式的优缺点

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()

④形象的理解:孙大圣拔出猴毛，变出其它孙大圣

原型模式原理结构图-uml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)

原型模式解决克隆羊问题的应用实例

使用原型模式改进传统方式，让程序具有更高的效率和扩展性。

代码演示：

public class Sheep implements Cloneable {
  private String name;
  private int age;
  private String color;
  private String address = "蒙古羊";
  public Sheep friend; //
  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，使用默认的构造方法来完成
  @Override
  protected Object clone()  {
    Sheep sheep = null;
    try {
      sheep = (Sheep)super.clone();
    } catch (Exception e) {
      // TODO: handle exception
      System.out.println(e.getMessage());
    }
    // TODO Auto-generated method stub
    return sheep;
  }
}

public class Client {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("原型模式完成对象的创建");
    // TODO Auto-generated method stub
    Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色 ");
    sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "蓝色");
    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());
  }
}

原型模式在spring框架中源码分析

Spring 中原型bean 的创建，就是原型模式的应用

深入讨论-浅讨论和深拷贝

浅拷贝基本介绍

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前面的克隆羊就是浅拷贝

④浅拷贝是使用默认的clone()方法来实现，sheep= (Sheep) super.clone();

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)

深拷贝应用案例;

①使用重写clone方法实现深拷贝

②使用序列化来实现深拷贝

③代码演示

public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable{
  public String name; //String属性
  public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;//引用类型
  public DeepProtoType() {
    super();
  }
  //深拷贝实现方式1:重写clone方法来实现深拷贝
  @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();
    // TODO Auto-generated method stub
    return deepProtoType;
  }
  //深拷贝实现方式2:通过对象序列化实现深拷贝
  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) {
      // TODO: handle exception
      e.printStackTrace();
      return null;
    } finally {
      //关闭流
      try {
        bos.close();
        oos.close();
        bis.close();
        ois.close();
      } catch (Exception e2) {
        // TODO: handle exception
        System.out.println(e2.getMessage());
      }
    }
  }
}

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();
  }
}

public class Client {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    // TODO Auto-generated method stub
    DeepProtoType p = new DeepProtoType();
    p.name = "宋江";
    p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛的类");
    //方式1完成深拷贝
//    DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.clone();
//    
//    System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
//    System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
    //方式2完成深拷贝
    DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.deepClone();
    System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
    System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
  }
}