Java设计模式之原型模式

克隆羊问题

现在有一只羊，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

public class Sheep {
    private String name;
    private String age;
    private String color;

    public Sheep(String name, String age, String color) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(String 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) {
        Sheep sheep = new Sheep("sheep", "1", "white");
        Sheep sheep2 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        Sheep sheep3 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());

        System.out.println(sheep);
        System.out.println(sheep2);
        System.out.println(sheep3);
    }

}

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；

改进的思路分析：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）。

原型模式

原型模式是指：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( )”。

public class Sheep implements Cloneable{
    private String name;
    private String age;
    private String color;

    public Sheep(String name, String age, String color) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(String 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 + '\'' +
                '}';
    }
    // 克隆该实例，使用默认的clone()方法
    @Override
    protected Object clone() {
        Sheep sheep = null;
        try {
            sheep = (Sheep) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        return sheep;
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Sheep sheep = new Sheep("sheep", "1", "white");
        Sheep sheep2 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone();
        //......
        System.out.println(sheep);
        System.out.println(sheep2);
        System.out.println(sheep3);
    }

}

浅拷贝、深拷贝

• 给sheep增加一个对象属性friend，判断friend属性clone是不是同一个，即是值传递还是引用传递

public class Sheep implements Cloneable{
	...
    public Sheep friend; // 默认浅拷贝
	...
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Sheep sheep = new Sheep("sheep", "1", "white");
        sheep.friend = new Sheep("friend", "2", "black");
        Sheep sheep2 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone();
        //......
        System.out.println(sheep+"sheep.friend="+sheep.friend.hashCode());
        System.out.println(sheep2+"sheep2.friend="+sheep2.friend.hashCode());
        System.out.println(sheep3);
    }

}

Sheep{name='sheep', age='1', color='white'}sheep.friend=460141958
Sheep{name='sheep', age='1', color='white'}sheep2.friend=460141958
Sheep{name='sheep', age='1', color='white'}

Process finished with exit code 0

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另一个对象的该成员变量值。

前面我们的克隆羊案例就是浅拷贝。

浅拷贝是使用默认的clone( ）方法来实现。

深拷贝

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。

深拷贝的实现方式1：重写clone方法。

深拷贝实现方式2：通过对象序列化实现（推荐）。

public class DeepCloneableTarget implements Serializable,Cloneable {
    private static final long serialVersionUID = -8684989788996635L;
    private String cloneName;
    private String cloneClass;

    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 DeepProtoType implements Cloneable, Serializable {
    public String name;
    public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;

    public DeepProtoType() {
    }
    // 深拷贝方式一
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Object deep = null;
        //完成对属性为基本数据类型和String的克隆
        deep = super.clone();
        //对属性为引用类型的单独处理
        DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType) deep;
        deepProtoType.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget) deepCloneableTarget.clone();
        return deepProtoType;

    }
    // 深拷贝方式二
    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); //把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());
            }
        }
    }

}

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        DeepProtoType deepProtoType = new DeepProtoType();
        deepProtoType.name= "红莲";
        deepProtoType.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("不闻不问","冥族大将");
        DeepProtoType deepProtoType1 = (DeepProtoType) deepProtoType.clone();
        System.out.println("p.name=" + deepProtoType.name + "p.deepCloneableTarget=" + deepProtoType.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println("p1.name=" + deepProtoType1.name + "p2.deepCloneableTarget=" + deepProtoType1.deepCloneableTarget.hashCode());
        //测试，方式2
        DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) deepProtoType.deepClone();

        System.out.println("p.name=" + deepProtoType.name + "p.deepCloneableTarget=" + deepProtoType.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println("p2.name=" + p2.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
    }
}

p.name=红莲p.deepCloneableTarget=460141958
p1.name=红莲p2.deepCloneableTarget=1163157884
p.name=红莲p.deepCloneableTarget=460141958
p2.name=红莲p2.deepCloneableTarget=1791741888

原型模式的注意事项的细节

• 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；
• 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 ；
• 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，这点请注意。