【设计模式】原型模式

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前言

【设计模式】原型模式：用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型对象相同的新对象。

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一、原型模式

• 概念：用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型对象相同的新对象。
• 原型模式包含如下角色：
  • 抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的的 clone() 方法。
  • 具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。
  • 访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。

1.实现

原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆。

• 浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。
• 深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址。

浅克隆

Java中的Object类中提供了 clone() 方法来实现浅克隆。 Cloneable 接口是下面的类图中的抽象原型类，而实现了Cloneable接口的子实现类就是具体的原型类。代码如下：

接口类图如下：

Realizetype类：

public class Realizetype implements Cloneable {

    public Realizetype() {
        System.out.println("具体的原型对象创建完成！");
    }

    @Override
    protected Realizetype clone() throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("具体原型复制成功！");
        return (Realizetype) super.clone();
    }
}

PrototypeTest（测试访问类）：

public class PrototypeTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Realizetype r1 = new Realizetype();
        Realizetype r2 = r1.clone();

        System.out.println("对象r1和r2是同一个对象？" + (r1 == r2));
    }
}

案例

用原型模式生成“三好学生”奖状
同一学校的“三好学生”奖状除了获奖人姓名不同，其他都相同，可以使用原型模式复制多个“三好学生”奖状出来，然后在修改奖状上的名字即可。

类图如下：

//奖状类
public class Citation implements Cloneable {
    private String name;

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

    public String getName() {
        return (this.name);
    }

    public void show() {
        System.out.println(name + "同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！");
    }

    @Override
    public Citation clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Citation) super.clone();
    }
}

//测试访问类
public class CitationTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Citation c1 = new Citation();
        c1.setName("张三");

        //复制奖状
        Citation c2 = c1.clone();
        //将奖状的名字修改李四
        c2.setName("李四");

        c1.show();
        c2.show();
    }
}

深克隆

上面的案例扩展：将上面的“三好学生”奖状的案例中Citation类的name属性修改为Student类型的属性。代码如下：

//奖状类
public class Citation implements Cloneable {
    private Student stu;

    public Student getStu() {
        return stu;
    }

    public void setStu(Student stu) {
        this.stu = stu;
    }

    void show() {
        System.out.println(stu.getName() + "同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！");
    }

    @Override
    public Citation clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Citation) super.clone();
    }
}

//学生类
public class Student {
    private String name;
    private String address;

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

    public Student() {
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public String getAddress() {
        return address;
    }

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

//测试类
public class CitationTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

        Citation c1 = new Citation();
        Student stu = new Student("张三", "西安");
        c1.setStu(stu);

        //复制奖状
        Citation c2 = c1.clone();
        //获取c2奖状所属学生对象
        Student stu1 = c2.getStu();
        stu1.setName("李四");

        //判断stu对象和stu1对象是否是同一个对象
        System.out.println("stu和stu1是同一个对象？" + (stu == stu1));

        c1.show();
        c2.show();
    }
}

分析：? 创建一个新的奖状对象，然后克隆这个奖状对象，获取并修改克隆对象内的成员stu，结果发现两个奖状的成员都变成了修改后的，说明浅克隆是引用克隆，引用属性指向的是同一块地址。stu对象和stu1对象是同一个对象，就会产生将stu1对象中name属性值改为“李四”，两个Citation（奖状）对象中显示的都是李四。这就是浅克隆的效果，对具体原型类（Citation）中的引用类型的属性进行引用的复制。这种情况需要使用深克隆，而进行深克隆需要使用对象流。

深克隆（其他类都要实现Serializable接口，因为要序列化；其他不变）：

public class ClitationTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException, IOException, ClassNotFoundException {
        Clitation clitation = new Clitation();
        Student student = new Student();
        student.setName("张三");
        clitation.setStu(student);

        //创建对象输出流对象
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\ThundeRobot\\Desktop\\b.txt"));
        //将c1对象写出到文件中
        oos.writeObject(clitation);
        oos.close();

        //创建对象出入流对象
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\ThundeRobot\\Desktop\\b.txt"));
        //读取对象
        Clitation clone = (Clitation) ois.readObject();
        //获取c2奖状所属学生对象
        Student student1 = clone.getStu();
        student1.setName("李四");

        //判断stu对象和stu1对象是否是同一个对象
        System.out.println("stu和stu1是同一个对象？" + (student == student1));

        clitation.show();
        clone.show();
    }
}

2.使用场景

• 对象的创建非常复杂，可以使用原型模式快捷的创建对象。
• 性能和安全要求比较高。

二、细究总结

1.何乐而不为

• 平常实例化对象时每new 一次,都需要执行 一次构造函数，如果构造函数的执行时间很长，那么多次执行这个初始化操作就实在太低效了。一般在初始化的信息不发生变化的情况下“克隆星最好的办法”这既隐藏了对象创建的细节“又对性能是大大的提高”何乐而不为呢?
• 它等于是不用重新初始化对象而是动态地获得对象运行时的状态

2.“bug”出在引用类型

• 而String是一种拥有值类型特点的特殊引用类型，supe.clone（）方法是这样，如果字段是值类型的，则对该字段执行逐位复制，如果字段是引用类型，则复制引用但不复制引用的对象：因此原始对象及真副本引用同一对象。
• 浅复制：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。
• 深复制：把引用对象的变量指向复制过的新对象,而不是原有的被引用的对象。
• java引用类型：类、接口、数组。

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总结

以上就是设计模式——原型模式的讲解。