设计模式之原型模式

prototype(原型模式)

一、原型模式简介

原型模式（Prototype Pattern）是用于创建重复的对象，同时又能保证性能。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式是实现了一个原型接口，该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时，则采用这种模式。

例如，一个对象需要在一个高代价的数据库操作之后被创建。我们可以缓存该对象，在下一个请求时返回它的克隆，在需要的时候更新数据库，以此来减少数据库调用。

核心：

• 1、实现克隆操作，在 JAVA 继承 Cloneable，重写 clone()。
• 2、原型模式同样用于隔离类对象的使用者和具体类型（易变类）之间的耦合关系，它同样要求这些"易变类"拥有稳定的接口
• 3、短时间大量创建对象时，原型模式和普通new方式效率测试
• 4、克隆对象拥有原型对象相同的属性和值

二、原型模式优缺点比较

优点：

• 1、性能提高。
• 2、逃避构造函数的约束。

缺点：

• 1、配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类不是很难，但对于已有的类不一定很容易，特别当一个类引用不支持串行化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候
• 2、必须实现 Cloneable 接口

使用场景：

• 1、Spring中bean创建
• 2、类初始化需要消化非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等
• 3、资源优化、性能和安全要求、一个对象多个修改者

注意事项：与通过对一个类进行实例化来构造新对象不同的是，原型模式是通过拷贝一个现有对象生成新对象的。浅拷贝实现 Cloneable，重写，深拷贝是通过实现 Serializable 读取二进制流。

三、实现UML类图

四、实现（浅拷贝）

 步骤1：创建实体类，实现Cloneable接口并重写Clone()方法

import java.io.Serializable;
/**
 * 原型模式
 * 1.继承 Cloneable，重写 clone()
 * 2.浅克隆---Java Clone实现
 * 3.深克隆---实现 Serializable 读取二进制流
 * @author yw
 */
//1.实现Cloneable接口
public class Sheep implements Cloneable,Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private String name;

    private Address address;

    public Sheep(String name, Address address) {
        this.name = name;
        this.address = address;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public Address getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(Address address) {
        this.address = address;
    }

    //2.重写Clone方法
    public  Object  Clone() throws CloneNotSupportedException {
        return  super.clone();
    }

}

import java.io.Serializable;
public class Address implements Serializable {
    
    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private String  cuntry;
    
    private String loc;

    public Address(String cuntry, String loc) {
        this.cuntry = cuntry;
        this.loc = loc;
    }

    public String getCuntry() {
        return cuntry;
    }

    public void setCuntry(String cuntry) {
        this.cuntry = cuntry;
    }

    public String getLoc() {
        return loc;
    }

    public void setLoc(String loc) {
        this.loc = loc;
    }
    
}

步骤2：使用调用者克隆（浅克隆）对象

/**
 * 浅拷贝
 * @author yw
 */

public class PrototypeDemo01 {
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Address address = new Address("中国", "湖北"); 
        Sheep sheep = new Sheep("多利", address);
        Sheep sheep1 = (Sheep)sheep.Clone();
        System.out.println(sheep.getName());
        System.out.println(sheep.getAddress().getCuntry());
        System.out.println(sheep.getAddress().getLoc());
        System.out.println("-------------------------------------------------");
        System.out.println(sheep1.getName());
        System.out.println(sheep1.getAddress().getCuntry());
        System.out.println(sheep1.getAddress().getLoc());
        System.out.println("-------------------------------------------------");
        address.setLoc("浙江");
        System.out.println(sheep.getAddress().getLoc());
        System.out.println(sheep1.getAddress().getLoc());
    }

}

 步骤3：运行程序，观察结果

多利
中国
湖北
-------------------------------------------------
多利
中国
湖北
-------------------------------------------------
浙江
浙江

五、实现（深拷贝）

步骤1：创建实体类，实现Cloneable接口并重写Clone()方法 (类及引用对象均需要实现和重写)

package gof.com.yew.prototype;

/**
 * 原型模式
 *深克隆---克隆所有的属性 
 */
//1.实现Cloneable接口
public class Sheep1 implements Cloneable {

    private String name;

    private Address1 address;

    public Sheep1(String name, Address1 address) {
        this.name = name;
        this.address = address;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public Address1 getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(Address1 address) {
        this.address = address;
    }

    //2.重写Clone方法
    public  Object  Clone() throws CloneNotSupportedException {
        Sheep1 sheep1 = (Sheep1)super.clone();
        sheep1.address= (Address1)address.Clone();
        return  sheep1;
    }

}

class Address1 implements Cloneable {

    private String  cuntry;
    
    private String loc;

    public Address1(String cuntry, String loc) {
        this.cuntry = cuntry;
        this.loc = loc;
    }

    public String getCuntry() {
        return cuntry;
    }

    public void setCuntry(String cuntry) {
        this.cuntry = cuntry;
    }

    public String getLoc() {
        return loc;
    }

    public void setLoc(String loc) {
        this.loc = loc;
    }
    
    //2.重写Clone方法
        public  Object  Clone() throws CloneNotSupportedException {
            return  super.clone();
        }
    
}

步骤2：使用调用者克隆（深克隆）对象

/**
 * 深拷贝
 * @author yw
 */
public class PrototypeDemo02 {
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Address1 address = new Address1("中国", "湖北"); 
        Sheep1 sheep = new Sheep1("多利", address);
        Sheep1 sheep1 = (Sheep1)sheep.Clone();
        System.out.println(sheep.getName());
        System.out.println(sheep.getAddress().getCuntry());
        System.out.println(sheep.getAddress().getLoc());
        System.out.println("-------------------------------------------------");
        System.out.println(sheep1.getName());
        System.out.println(sheep1.getAddress().getCuntry());
        System.out.println(sheep1.getAddress().getLoc());
        System.out.println("-------------------------------------------------");
        address.setLoc("浙江");
        System.out.println(sheep.getAddress().getLoc());
        System.out.println(sheep1.getAddress().getLoc());
    }

}

 步骤3：运行程序，观察结果

多利
中国
湖北
-------------------------------------------------
多利
中国
湖北
-------------------------------------------------
浙江
湖北

六、序列化和反序列化实现（深拷贝）

步骤1：创建实体类实现Serializable

public class Sheep2 implements Serializable{

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private String name;

    private Address address;

    public Sheep2(String name, Address address) {
        this.name = name;
        this.address = address;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public Address getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(Address address) {
        this.address = address;
    }

}

public class Address implements Serializable {
    
    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private String  cuntry;
    
    private String loc;

    public Address(String cuntry, String loc) {
        this.cuntry = cuntry;
        this.loc = loc;
    }

    public String getCuntry() {
        return cuntry;
    }

    public void setCuntry(String cuntry) {
        this.cuntry = cuntry;
    }

    public String getLoc() {
        return loc;
    }

    public void setLoc(String loc) {
        this.loc = loc;
    }
    
}

步骤2：使用调用者克隆（深克隆）对象

public class PrototypeDemo03 {
    
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Address address = new Address("中国", "湖北"); 
        Sheep2 sheep = new Sheep2("多利", address);
        
        //使用系列化和反序列化实现深拷贝
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
        oos.writeObject(sheep);
        byte[] bs = bos.toByteArray();
        
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bs);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
        Sheep2 sheep1  = (Sheep2)ois.readObject();
        
        System.out.println(sheep.getName());
        System.out.println(sheep.getAddress().getCuntry());
        System.out.println(sheep.getAddress().getLoc());
        System.out.println("-------------------------------------------------");
        System.out.println(sheep1.getName());
        System.out.println(sheep1.getAddress().getCuntry());
        System.out.println(sheep1.getAddress().getLoc());
        System.out.println("-------------------------------------------------");
        address.setLoc("浙江");
        System.out.println(sheep.getAddress().getLoc());
        System.out.println(sheep1.getAddress().getLoc());
    }

}

步骤3：运行程序，观察结果

多利
中国
湖北
-------------------------------------------------
多利
中国
湖北
-------------------------------------------------
浙江
湖北