Java 深入理解創建型設計模式之原型模式
1.思考問題
現在有一隻羊 tom，姓名為: tom，年齡為:1，顏色為:白色，請編寫程序創建和 tom羊屬性完全相同的10隻羊。
按照傳統的思路來，我們可能會按照下面的方式去寫。
那麼這種寫法的優缺點自然而然就出來瞭：
- 優點是比較好理解，簡單易操作。
- 缺點是在創建新的對象時，總是需要重新獲取原始對象的屬性，如果創建的對象比較復雜時，效率較低。總是需要重新初始化對象，而不是動態地獲得對象運行時的狀態，不夠靈活。
- 改進的思路分析：Java中Object類是所有類的根類，Object類提供瞭一個 clone()方法，該方法可以將一個Java對象復制一份，但是需要實現clone的Java類必須要實現一個接口Cloneable，該接口表示該類能夠復制且具有復制的能力 => 原型模式。
2.什麼是原型模式？
- 原型模式(Prototype模式)是指: 用原型實例指定創建對象的種類，並且通過拷貝這些原型，創建新的對象。
- 原型模式是一種創建型設計模式，允許一個對象再創建另外一個可定制的對象，無需知道如何創建的細節。
- 工作原理是: 通過將一個原型對象傳給那個要發動創建的對象，這個要發動創建的對象通過請求原型對象拷貝它們自己來實施創建，即對象.clone()。
原型模式相關的類圖如下：
3.克隆羊多莉案例代碼（淺拷貝）
這裡由於我是新建的普通Java項目，並不是maven項目，所以沒法加lombok依賴。那麼這裡的構造器、setter/getter方法顯得這個類的篇幅比較長。。。
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 +
'}';
}
//克隆該實例，使用默認的clone方法來完成
@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());
}
}
從上面的運行結果中可以看到，Sheep類中的前三個成員屬性都可以成功的拷貝，但是最後一個friend，它表示羊的朋友（也是Sheep類型，就是引用類型瞭）。而當我們拷貝完成之後，應該來說都是不一樣的新的對象，但是它們中的friend屬性的hashCode居然是一樣的！！！ 這裡我們就要來聊一聊深拷貝和淺拷貝瞭。
淺拷貝：
- 對於數據類型是基本數據類型的成員變量，淺拷貝會直接進行值傳遞，也就是將該屬性值復制一份給新的對象。
- 對於數據類型是引用數據類型的成員變量，比如說成員變量是某個數組、某個類對象等，那麼淺拷貝會進行引用傳遞，也就是隻是將該成員變量的引用值(內存地址〉復制一份給新的對象。因為實際上兩個對象的該成員變量都指向同一個實例。在這種情況下，在一個對象中修改該成員變量會影響到另一個對象的該成員變量值。
- 前面我們克隆羊就是淺拷貝。淺拷貝是使用默認的clone()方法來實現：
sheep= (Sheep) super.clone();
深拷貝：
- 復制對象的所有基本數據類型的成員變量值。
- 為所有引用數據類型的成員變量申請存儲空間，並復制每個引用數據類型成員變量所引用的對象，直到該對象可達的所有對象。也就是說，對象進行深拷貝要對整個對象(包括對象的引用類型)進行拷貝。
- 深拷貝實現方式1: 重寫clone方法來實現深拷貝。
- 深拷貝實現方式2: 通過對象序列化實現深拷貝(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 + '\'' +
'}';
}
//因為該類的屬性，都是String , 因此我們這裡使用默認的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 通過對象的序列化實現 (推薦)
public Object deepClone() {
//創建流對象
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
- 創建新的對象比較復雜時，可以利用原型模式簡化對象的創建過程，同時也能夠提高效率。
- 不用重新初始化對象，而是動態地獲得對象運行時的狀態。
- 如果原始對象發生變化(增加或者減少屬性)，其它克隆對象的也會發生相應的變化，無需修改代碼。
- 在實現深克隆的時候可能需要比較復雜的代碼。
- 缺點: 需要為每一個類配備一個克隆方法，這對全新的類來說不是很難，但對已有的類進行改造時，需要修改其源代碼，違背瞭ocp原則。
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