Java设计模式-原型模式Prototype

介绍

当我们有一个类的实例（Prototype）并且我们想通过复制原型来创建新对象时，通常使用Prototype模式。
原型模式是一种创建型设计模式。能够复制已有对象， 而又无需使代码依赖它们所属的类。

场景举例

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 10只羊。

传统方式解决

利用类的构造方法和get属性方法创建出新的类实例。

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

public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		// 传统的方法
		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);
		// ...
	}
}

原型方式解决

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

public class Sheep implements Cloneable {
	private String name;
	private int age;
	private String color;
	private String address = "蒙古羊";
	public Sheep friend; // 是对象, 克隆是会如何处理, 默认是浅拷贝

	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 clone 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");

		Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
		sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");
		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

1. Spring 中原型 bean 的创建，就是原型模式的应用
2. 代码分析+Debug 源码
   

浅拷贝和深拷贝

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. 前面我们克隆羊就是浅拷贝
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)

• 克隆方式和序列化方式举例

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 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();
		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) {
			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 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());
	}
}

原型模式的注意事项和细节

1. 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
2. 不用重新初始化对象，而是动态地获得对象运行时的状态
3. 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
4. 在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码
5. 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。