设计模式-Prototype

柔光的暖阳◎ 2022-07-16 11:13 141阅读 0赞

定义：是一种创建型设计模式,它通过复制一个已经存在的实例来返回新的实例,而不是新建实例.被复制的实例就是我们所称的原型,这个原型是可定制的.

重点：  
1、原型模式主要用于对象的复制，Prototype模式允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，根本无需知道任何如何创建的细节。

2、使用原型模式创建对象比直接new一个对象在性能上要好的多，因为Object类的clone方法是一个本地方法，它直接操作内存中的二进制流，特别是复制大对象时，性能的差别非常明显

应用场景：原型模式多用于创建复杂的或者耗时的实例, 因为这种情况下,复制一个已经存在的实例可以使程序运行更高效,或者创建值相等,只是命名不一样的同类数据.  
![图片][20161016203805348]

class Prototype implements Cloneable {   
        public Prototype clone(){  
            Prototype prototype = null;  
            try{  
                prototype = (Prototype)super.clone();  
            }catch(CloneNotSupportedException e){  
                e.printStackTrace();  
            }  
            return prototype;   
        }  
    }  
    
    class ConcretePrototype extends Prototype{   
        public void show(){  
            System.out.println("原型模式实现类");  
        }  
    }  
    
    public class Client {   
        public static void main(String[] args){  
            ConcretePrototype cp = new ConcretePrototype();  
            ConcretePrototype clonecp = (ConcretePrototype)cp.clone();  
            clonecp.show();
        }  
    }

输出：

原型模式实现类

扩展： 1、clone方法构造的对象是没有调用构造方法的

class Prototype implements Cloneable { 
      public Prototype clone() {
        Prototype prototype = null;
        try {
          prototype = (Prototype) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
        return prototype;
      }
    }
    
    class ConcretePrototype extends Prototype { 
      private static int i = 0;
    
      public ConcretePrototype() {
        i++;
      }
    
      public void show() {
        System.out.println("原型模式实现类" + i);
      }
    }
    
    public class Test { 
      public static void main(String[] args) {
        ConcretePrototype cp = new ConcretePrototype();
        ConcretePrototype clonecp = (ConcretePrototype) cp.clone();
    
        System.out.println(cp == clonecp);
        System.out.println(cp.equals(clonecp));
    
        cp.show();
        clonecp.show();
      }
    }

输出：

false

原型模式实现类1

如果是走了构造方法，clonecp.show();应该输出2

2、引用只会进行浅拷贝 (prototype 和 clone 的引用实例：是同一个对象)

class P implements Cloneable { 
      public P clone() {
        P prototype = null;
        try {
          prototype = (P) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
        return prototype;
      }
    }
    
    /** * 引用只会进行浅拷贝, * @author xinchun.wang */
    public class A extends P { 
    
      private List<String> list = new ArrayList<String>();
      private String s = "s";
    
      public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        A ca = (A)a.clone();
        System.out.println(a.equals(ca));//false
        System.out.println(a.list == ca.list); //true
    
        a.list.add("aaa");
        System.out.println(ca.list); //[aaa]
    
        System.out.println("---------------------------");
        System.out.println("a.s: " + a.s);//a.s:s
        System.out.println("ca.s: " + ca.s);//ca.s: s
        a.s = "b";
        System.out.println("a.s: " + a.s);//a.s: b
        System.out.println("ca.s: " + ca.s);//ca.s: s
    
      }
    }

3、深拷贝与浅拷贝  
Object类的clone方法只会拷贝对象中的基本的数据类型（8种基本数据类型byte,char,short,int,long,float,double，boolean），对于数组、容器对象、引用对象等都不会拷贝，这就是浅拷贝。如果要实现深拷贝，必须将原型模式中的引用对象（数组、容器对象）另行拷贝。

举例

public class Prototype implements Cloneable {   
        private ArrayList list = new ArrayList();  
        public Prototype clone(){  
            Prototype prototype = null;  
            try{  
                prototype = (Prototype)super.clone();  
                prototype.list = (ArrayList) this.list.clone();  
            }catch(CloneNotSupportedException e){  
                e.printStackTrace();  
            }  
            return prototype;   
        }  
    }

注意：由于ArrayList不是基本类型，所以成员变量list，不会被拷贝，需要我们自己实现深拷贝，幸运的是java提供的大部分的容器类都实现了Cloneable接口。所以实现深拷贝并不是特别困难。

以下是 ArrayList的clone实现，其他引用实现可以参考：

public Object clone() {
      try {
          ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();
          v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
          v.modCount = 0;
          return v;
      } catch (CloneNotSupportedException e) {
          // this shouldn't happen, since we are Cloneable
          throw new InternalError();
      }
        }

4、深拷贝的实现举例：

class P implements Cloneable { 
    }
    
    /** * @author xinchun.wang */
    public class A extends P { 
      @SuppressWarnings("unchecked")
      public A clone() {
        A prototype = null;
        try {
          prototype = (A) super.clone();
          prototype.list = (List<String>) ((ArrayList<String>)(this.list)).clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
        return prototype;
      }
    
      private List<String> list = new ArrayList<String>();
    
      public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        A ca = a.clone();
    
        a.list.add("aaaa");
        System.out.println(a.list); //[aaaa]
        System.out.println(ca.list);//[]
      }
    }

还有一种方式：

序列化实现，把对象写道流里的过程是串行化(Serilization)过程;把对象从流中读出来是并行化(Deserialization)过程. 写在流里的是对象的一个拷贝,然后再从流里读出来重建对象.

public class PrototypeSe implements Serializable { 
    
     private String name;
    
     public String getName() {
      return name;
     }
    
     public void setName(String name) {
      this.name = name;
     }
    
    }
    
    public class NewPrototypeSe implements Serializable { 
    
     private String id;
    
     public String getId() {
      return id;
     }
    
     public void setId(String id) {
      this.id = id;
     }
    
     private PrototypeSe prototype;
    
     public PrototypeSe getPrototype() {
      return prototype;
     }
    
     public void setPrototype(PrototypeSe prototype) {
      this.prototype = prototype;
     }
    
     public Object deepClone(){
      try {
       ByteArrayOutputStream bo = new ByteArrayOutputStream();
       ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(bo);   
       oo.writeObject(this);   
    
       ByteArrayInputStream bi = new ByteArrayInputStream(bo.toByteArray());
       ObjectInputStream oi = new ObjectInputStream(bi);
       return oi.readObject(); 
      } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
       // TODO Auto-generated catch block
       e.printStackTrace();
       return null;
      }
     }
    
    }
    
    public class TestDeepClone { 
    
     public static void main(String[] args) {
      // TODO Auto-generated method stub
      PrototypeSe po = new PrototypeSe();
      po.setName("test1");
      NewPrototypeSe se = new NewPrototypeSe();
      se.setPrototype(po);
    
      NewPrototypeSe deepClone = (NewPrototypeSe)se.deepClone();
      deepClone.getPrototype().setName("test2");
    
      System.out.println("original name:" + se.getPrototype().getName());
      System.out.println("cloned name:" + deepClone.getPrototype().getName());
    
     }
    }

结果:

original name:test1  
cloned name:test2

[20161016203805348]: /images/20220716/cfab9791a69b40b79a6a752cf56a8d8f.png