java设计模式之原型模式

原型模式：

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()

需求：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 5只羊。

传统方法：

/*
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 5只羊。
 */
public class Sheep {
    private String name;
    private int age;
    private String color;

    public Sheep(String name, int 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 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;
    }
}

public class PrototypeTest {
    public static void main(String[] args) {
        test01();
    }

    public static void test01(){
        /**
         * 传统的方式的优缺点
         * 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
         */
        Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
        Sheep sheep1 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        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());
    }
}

传统的方式的优缺点：

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

原型模式解决克隆羊问题的应用实例：

/*
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 5只羊。
 */
public class Sheep implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;
    private String color;

    public Sheep(String name, int 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 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 + '\'' +
                '}';
    }


    //克隆该实例，使用默认的 clone 方法来完成
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Sheep sheep=null;
        sheep = (Sheep) super.clone();
        return sheep;
    }
}

public class PrototypeTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        test01();
    }

    public static void test01() throws CloneNotSupportedException {
       System.out.println("原型模式完成对象的创建");
        Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
        Sheep sheep1 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep2 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep3 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep4 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep5 = (Sheep) sheep.clone();
    }
    
}

 浅拷贝：

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) 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：

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)

 

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 Serializable, 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();
        
        // TODO Auto-generated method stub
        return deepProtoType;
    }
    
    //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) {
            // 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 DeepTest {

    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");
        
        //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());
    
    }

}