定义

原型模式属于对象的创建型模式,通过给出一个原型对象来指明所要创建的对象的类型,然后用复制这个原型对象的办法创建出更多同类型的对象,这就是原型模式的用意

java语言的构建模型直接支持原型模式,所有的JavaBean都继承自java.lang.Object,而且Object类提供了一个clone()方法,可以将一个JavaBean对象复制一份

但是这个JavaBean必须实现一个标识接口Cloneable,表明这个JavaBean支持复制。

如果一个对象没有实现这个接口却使用了clone()方法,Java编译器会抛出异常:CloneNotSupportedException

意图

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

主要解决问题

在运行期建立和删除原型

何时使用

如果一个系统的产品类是动态加载的,而且产品类具有一定的等级结构,这时可以采用原型模式

优缺点

优点:

  • 允许动态的增加或者减少产品类
  • 提供简化的创建结构
  • 具有给一个应用软件动态加载新功能的能力

缺点:

  • 每一个类都必须匹配一个克隆方法
  • 必须实现 Cloneable 接口

结构

原型模式有两种表现形式:简单形式和登记形式

简单形式的原型模式



涉及的角色:

  • 客户(Client)角色:客户类提出创建对象的请求
  • 抽象原型(Prototype)角色:通常由一个Java接口或者Java抽象类实现,此角色给出所有的具体原型类所需要的接口
  • 具体原型(ConcretePrototype)角色:被复制的对象,此角色需要实现抽象原型角色所要求的接口

源码如下:

public class Client {

    private Prototype prototype;

    public void operation(Prototype example) {
Prototype p = (Prototype) example.clone();
}
}

抽象原型角色声明了一个clone方法:

public interface Prototype extends Cloneable {

    Object clone();
}
public class ConcretePrototype implements Prototype {
/** 克隆方法 */
@Override
public Object clone() {
try {
return super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
return null;
}
}
}

登记形式的原型模式



涉及的角色:

  • 客户端(Client)角色:客户端向管理员提出创建对象的请求
  • 抽象原型(Prototype)角色:通常由一个Java接口或者Java抽象类实现,此角色给出所有的具体原型类所需要的接口
  • 具体原型(ConcretePrototype)角色:被复制的对象,此角色需要实现抽象原型角色所要求的接口
  • 原型管理器(PrototypeManager)角色:创建具体原型类的对象,并记录每一个被创建的对象

源码如下:

public interface Prototype extends Cloneable {

    Object clone();
}
public class ConcretePrototype implements Prototype {
/** 克隆方法 */
@Override
public synchronized Object clone() {
Prototype temp = null;
try {
temp = (Prototype) super.clone();
return temp;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
System.out.println("克隆失败!");
} finally {
return temp;
}
}
}
public class PrototypeManager {

    private Vector vector = new Vector();

    /** 增加一个新的对象 */
public void add(Prototype prototype) {
vector.add(prototype);
} /** 取出聚集中的一个对象 */
public Prototype get(int index) {
return (Prototype) vector.get(index);
} /** 给出聚集的大小 */
public int getSize() {
return vector.size();
}
}
public class Client {
private PrototypeManager manager;
private Prototype prototype; public void registerPrototype() {
prototype = new ConcretePrototype();
Prototype cloneType = (Prototype) prototype.clone();
manager.add(cloneType);
}
}

两种形式比较

如果需要创建的原型对象数目比较少而且比较固定的话,可以采用简单形式,原型对象的引用由客户端保存

如果要创建的原型对象数目不固定的话,可以采用登记形式,在这种情况下,客户端不保存对原型对象的引用,这个任务由管理员对象来完成

在复制一个原型对象之前,客户端可以查看管理员对象中是否已经有一个满足要求的原型对象,如果有可以直接取出引用,如果没有客户端就需要自行复制此原型对象

浅克隆和深克隆

浅克隆:

被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值,而所有的对其他对象的引用都仍然指向原来的对象,换而言之,浅克隆仅仅复制所考虑的对象,而不复制它所引用的对象

深克隆:

被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值,除去那些引用其他对象的变量;那些引用其他对象的变量将指向被复制过的新对象,而不再是原有的那些被引用的对象。换而言之,深克隆把要复制的对象所引用的对象都复制一遍,而这种对被引用到的对象的复制叫做间接复制

孙悟空的身外身法术

孙悟空一根毫毛可以变幻出许多的大圣,由此场景熟悉原型模式

浅克隆实现

孙悟空本人:

public class TheGreatestSage {
private Monkey monkey = new Monkey(); public void change() {
//创建大圣本尊对象
Monkey copyMonkey;
for (int i=0; i<2000; i++) {
//克隆大圣本尊
copyMonkey = (Monkey) monkey.clone();
System.out.println("大圣本尊的生日:" + monkey.getBirthDate());
System.out.println("变化出来的大圣的生日:" + copyMonkey.getBirthDate());
System.out.println("大圣本尊== 变化出来的大圣:" + (monkey == copyMonkey));
System.out.println("大圣本尊的金箍棒== 变化出来的大圣的金箍棒:"
+ (monkey.getStaff() == copyMonkey.getStaff()));
}
} public static void main(String[] args) {
TheGreatestSage sage = new TheGreatestSage();
sage.change();
}
}

具体原型角色:

public class Monkey implements Cloneable {
/** 身高 */
private float height; /** 体重 */
private float weight; /** 金箍棒 */
private GoldRingedStaff staff; /** 日期 */
private Date birthDate; public Monkey() {
this.birthDate = new Date();
} /** 克隆方法 */
@Override
public Object clone() {
Monkey temp = null;
try {
temp = (Monkey) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
System.out.println("克隆失败!");
e.printStackTrace();
} finally {
return temp;
}
} public float getHeight() {
return height;
} public void setHeight(float height) {
this.height = height;
} public float getWeight() {
return weight;
} public void setWeight(float weight) {
this.weight = weight;
} public Date getBirthDate() {
return birthDate;
} public void setBirthDate(Date birthDate) {
this.birthDate = birthDate;
} public GoldRingedStaff getStaff() {
return staff;
} public void setStaff(GoldRingedStaff staff) {
this.staff = staff;
}
}

大圣拥有的金箍棒:

public class GoldRingedStaff {

    /** 高度 */
private float height = 100.0f; /** 半径 */
private float radius = 5.0f; /** 构造函数 */
public GoldRingedStaff() {
} /** 增长行为,每次调用高度和半径增加一倍 */
public void grow() {
this.height = this.height * 2;
this.radius = this.radius * 2;
} /** 缩小行为,每次调用高度和半径减少一半 */
public void shrink() {
this.height = this.height / 2;
this.radius = this.radius / 2;
} /** 移动 */
public void move() { } /** 高度取值方法 */
public float getHeight() {
return height;
} /** 高度赋值方法 */
public void setHeight(float height) {
this.height = height;
} /** 半径取值方法 */
public float getRadius() {
return radius;
} /** 半径赋值方法 */
public void setRadius(float radius) {
this.radius = radius;
}
}



从输出结果可以看到,复制出来的大圣和原来的大圣拥有的金箍棒是一根,而不是每一个复制出来的大圣都有一根

下面使用深克隆改进上面的代码

深克隆实现

大圣本人:

public class TheGreatestSage {
private Monkey monkey = new Monkey(); public void change() throws IOException, ClassNotFoundException {
//创建大圣本尊对象
Monkey copyMonkey;
for (int i=0; i<2000; i++) {
copyMonkey = (Monkey) monkey.deepClone();
System.out.println("大圣本尊的生日:" + monkey.getBirthDate());
System.out.println("变化出来的大圣的生日:" + copyMonkey.getBirthDate());
System.out.println("大圣本尊== 变化出来的大圣:" + (monkey == copyMonkey));
System.out.println("大圣本尊的金箍棒== 变化出来的大圣的金箍棒:"
+ (monkey.getStaff() == copyMonkey.getStaff()));
}
} public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
TheGreatestSage sage = new TheGreatestSage();
sage.change();
}
}

在Monkey类中增加深克隆方法:

public class Monkey implements Cloneable, Serializable {
/** 身高 */
private float height; /** 体重 */
private float weight; /** 金箍棒 */
private GoldRingedStaff staff; /** 日期 */
private Date birthDate; public Monkey() {
this.birthDate = new Date();
this.staff = new GoldRingedStaff();
} /** 深拷贝方法 */
public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
//首先将对象写出到流
ByteArrayOutputStream bo = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(bo);
oo.writeObject(this);
//然后将对象从流里读出来
ByteArrayInputStream bi = new ByteArrayInputStream(bo.toByteArray());
ObjectInputStream oi = new ObjectInputStream(bi);
return oi.readObject();
} /** 浅拷贝方法 */
@Override
public Object clone() {
Monkey temp = null;
try {
temp = (Monkey) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
System.out.println("克隆失败!");
e.printStackTrace();
} finally {
return temp;
}
} public float getHeight() {
return height;
} public void setHeight(float height) {
this.height = height;
} public float getWeight() {
return weight;
} public void setWeight(float weight) {
this.weight = weight;
} public Date getBirthDate() {
return birthDate;
} public void setBirthDate(Date birthDate) {
this.birthDate = birthDate;
} public GoldRingedStaff getStaff() {
return staff;
} public void setStaff(GoldRingedStaff staff) {
this.staff = staff;
}
}

金箍棒类:

public class GoldRingedStaff implements Cloneable, Serializable {

    /** 高度 */
private float height = 100.0f; /** 半径 */
private float radius = 5.0f; /** 构造函数 */
public GoldRingedStaff() {
} /** 增长行为,每次调用高度和半径增加一倍 */
public void grow() {
this.height = this.height * 2;
this.radius = this.radius * 2;
} /** 缩小行为,每次调用高度和半径减少一半 */
public void shrink() {
this.height = this.height / 2;
this.radius = this.radius / 2;
} /** 移动 */
public void move() { } /** 高度取值方法 */
public float getHeight() {
return height;
} /** 高度赋值方法 */
public void setHeight(float height) {
this.height = height;
} /** 半径取值方法 */
public float getRadius() {
return radius;
} /** 半径赋值方法 */
public void setRadius(float radius) {
this.radius = radius;
}
}



从输出中可以清楚的看到,大圣本人拥有的金箍棒和复制出来的金箍棒不是同一根了

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