设计模式-原型模式（克隆羊多利看了都说好）

深碍√TFBOYSˉ_ 2022-10-27 15:56 184阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  引例
 *  原型模式
 *  浅拷贝
 *  深拷贝

# 引例 #

--------------------

标题无意冒犯  
在介绍原型模式前，我们先从实际问题出发，对比解决方法前后优劣点。

![在这里插入图片描述][2021020422305170.jpg_pic_center]

**问题**：  
现在有一只羊（包含属性：名字Dolly、年龄2），需要克隆10只属性完全相同的羊。

**一般解法**：

1.  定义Sheep类表示羊，包括构造器、getter()和toString()。

public class Sheep { 
        private String name;
        private int age;
    
        public Sheep(String name, int age) { 
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
        public String getName() { 
            return name;
        }
    
        public int getAge() { 
            return age;
        }
    
        @Override
        public String toString() { 
            return "Sheep{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    '}';
        }
    }

1.  在客户端实例化多利，然后再根据多利的属性去实例化10只羊。

public class Client { 
        public static void main(String[] args) { 
            Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
    
            Sheep sheep1 = new Sheep(sheepDolly.getName(), sheepDolly.getAge());
            Sheep sheep2 = new Sheep(sheepDolly.getName(), sheepDolly.getAge());
            Sheep sheep3 = new Sheep(sheepDolly.getName(), sheepDolly.getAge());
            //....
    
            System.out.println(sheep1+",hashCode:"+sheep1.hashCode());
            System.out.println(sheep2+",hashCode:"+sheep2.hashCode());
            System.out.println(sheep3+",hashCode:"+sheep3.hashCode());
            //...
        }
    }

1.  运行结果  
    ![在这里插入图片描述][20210204234411368.png]

**优缺点**：  
这种方法是我们首先很容易就能想到的，也是绝大多数人的第一做法。  
但缺点也很明显，每次创建新对象时需要获取原始对象的属性，对象复杂时效率很低；此外不能动态获得对象运行时的状态，若类增减属性需要改动代码。

下面我们看下原型模式的解法。

# 原型模式 #

--------------------

**原型模式**(Prototype Pattern)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。即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。

**工作原理**：将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。即用基类Object的clone()方法或序列化。

**UML类图**：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MDM0NzA4_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*  Prototype：原型类，声明一个克隆自己的接口
 *  ConcretePrototype: 具体的原型类, 实现一个克隆自己的操作
 *  Client: 客户端让一个原型对象克隆自己，从而创建一个新的对象

原型模式又可分为浅拷贝和深拷贝，区别在于对引用数据类型的成员变量的拷贝，小朋友你是否有很多问号？ 不急 ，看完这两种方法实现你就懂了。  
![在这里插入图片描述][20210204232323897.png_pic_center]

# 浅拷贝 #

--------------------

1.  在原先Sheep类基础上实现Cloneable接口，重写clone方法。

public class Sheep implements Cloneable{ 
        private String name;
        private int age;
    
        @Override
        protected Object clone()  { //克隆该实例，使用默认的clone方法来完成
            Sheep sheep = null;
            try { 
                sheep = (Sheep)super.clone();
            } catch (Exception e) { 
                System.out.println(e.getMessage());
            }
            return sheep;
        }
    
        public Sheep(String name, int age) { 
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
        @Override
        public String toString() { 
            return "Sheep{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    '}';
        }
    }

1.  客户端调用

public class Client { 
        public static void main(String[] args) { 
            Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
    
            Sheep sheep1 = (Sheep)sheepDolly.clone();
            Sheep sheep2 = (Sheep)sheepDolly.clone();
            Sheep sheep3 = (Sheep)sheepDolly.clone();
            //....
    
            System.out.println("sheep1:"+sheep1+",hashCode:" + sheep1.hashCode());
            System.out.println("sheep2:"+sheep2+",hashCode:" + sheep2.hashCode());
            System.out.println("sheep3:"+sheep3+",hashCode:" + sheep3.hashCode());
            //...
        }
    }

1.  运行结果  
    ![在这里插入图片描述][20210205001255672.png]  
    至此，原型模式的浅拷贝也成功克隆了三个对象，但是看进度条发现并不简单。

![在这里插入图片描述][20210205001525787.jpg_pic_center]

现在小羊有了一个朋友小牛，Sheep类添加了一个引用属性Cow，我们同样再克隆一遍。

1.  Sheep类

public class Sheep implements Cloneable{ 
        private String name;
        private int age;
        public Cow friend;//新朋友Cow对象，其余不变
        
        @Override
        protected Object clone()  { 
            Sheep sheep = null;
            try { 
                sheep = (Sheep)super.clone();
            } catch (Exception e) { 
                System.out.println(e.getMessage());
            }
            return sheep;
        }
    
        public Sheep(String name, int age) { 
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
        @Override
        public String toString() { 
            return "Sheep{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    '}';
        }
    }

1.  新添的Cow类

public class Cow { 
        private String name;
        private int age;
    
        public Cow(String name, int age) { 
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
        @Override
        public String toString() { 
            return "Cow{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    '}';
        }
    }

> （插播反爬信息 ）博主CSDN地址：[https://wzlodq.blog.csdn.net/][https_wzlodq.blog.csdn.net]

1.  客户端调用克隆

public class Client { 
        public static void main(String[] args) { 
            Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
            sheepDolly.friend=new Cow("Tom",1); //并实例化朋友
    
            Sheep sheep1 = (Sheep)sheepDolly.clone();
            Sheep sheep2 = (Sheep)sheepDolly.clone();
            Sheep sheep3 = (Sheep)sheepDolly.clone();
            //....
    
            System.out.println("sheep1:"+sheep1+",hashCode:" + sheep1.hashCode());
            System.out.println("sheep1.friend:"+sheep1.friend+",hashCode:" + sheep1.friend.hashCode()+'\n');
    
            System.out.println("sheep2:"+sheep2+",hashCode:" + sheep2.hashCode());
            System.out.println("sheep2.friend:"+sheep2.friend+",hashCode:" + sheep2.friend.hashCode()+'\n');
    
            System.out.println("sheep3:"+sheep3+",hashCode:" + sheep3.hashCode());
            System.out.println("sheep3.friend:"+sheep3.friend+",hashCode:" + sheep3.friend.hashCode()+'\n');
            //...
        }
    }

1.  运行结果  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MDM0NzA4_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

通过运行结果发现，浅拷贝通过Object的clone()成功克隆实例化了三个新对象，但是并没有克隆实例化对象中的引用属性，也就是没有克隆friend对象（禁止套娃 ），三个新克隆对象的friend还是指向原克隆前的friend，即同一个对象。

这样的话，他们四个的friend是引用同一个，若一个对象修改了friend属性，势必会影响其他三个对象的该成员变量值。

**小结**：

*  浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现
 *  基本数据类型的成员变量，浅拷贝会直接进行值传递（复制属性值给新对象）。
 *  引用数据类型的成员变量，浅拷贝会进行引用传递（复制引用值(内存地址)给新对象）。

# 深拷贝 #

--------------------

**方法一：**  
机灵的人儿看出，再clone一遍cow不就好了，但是手动递归下去不推荐。

1.  Cow类也实现Cloneable接口

public class Cow implements Cloneable{ 
        private String name;
        private int age;
    
        public Cow(String name, int age) { 
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
        //无引用类型，直接clone即可
        @Override
        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 
            return super.clone(); //直接抛出了，没用try-catch
        }
        @Override
        public String toString() { 
            return "Cow{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    '}';
        }
    }

1.  Sheep类的clone再添加调用cow的clone

public class Sheep implements Cloneable{ 
        private String name;
        private int age;
        public Cow friend;//新朋友Cow对象，其余不变
        
        @Override
        protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 
            Object deep = null;
            //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，进行再次clone
            Sheep sheep = (Sheep)deep;
            sheep.friend  = (Cow)friend.clone();
    
            return sheep;
        }
    
        public Sheep(String name, int age) { 
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
        @Override
        public String toString() { 
            return "Sheep{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    '}';
        }
    }

1.  客户端调用

public class Client { 
        public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException { 
            Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
            sheepDolly.friend=new Cow("Tom",1); //并实例化朋友
    
            Sheep sheep1 = (Sheep)sheepDolly.clone();
            Sheep sheep2 = (Sheep)sheepDolly.clone();
            Sheep sheep3 = (Sheep)sheepDolly.clone();
            //....
    
            System.out.println("sheep1:"+sheep1+",hashCode:" + sheep1.hashCode());
            System.out.println("sheep1.friend:"+sheep1.friend+",hashCode:" + sheep1.friend.hashCode()+'\n');
    
            System.out.println("sheep2:"+sheep2+",hashCode:" + sheep2.hashCode());
            System.out.println("sheep2.friend:"+sheep2.friend+",hashCode:" + sheep2.friend.hashCode()+'\n');
    
            System.out.println("sheep3:"+sheep3+",hashCode:" + sheep3.hashCode());
            System.out.println("sheep3.friend:"+sheep3.friend+",hashCode:" + sheep3.friend.hashCode()+'\n');
            //...
        }
    }

1.  运行结果  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MDM0NzA4_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

**方法二：**  
通过对象序列化实现深拷贝(推荐)

1.  Cow类实现序列化接口，不必实现Cloneable接口了

public class Cow implements Serializable { 
        private String name;
        private int age;
    
        public Cow(String name, int age) { 
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
        @Override
        public String toString() { 
            return "Cow{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    '}';
        }
    }

1.  在Sheep类实现序列化接口

public class Sheep implements Serializable {  //实现序列化接口
        private String name;
        private int age;
        public Cow friend;
    
    
        public Sheep(String name, int age) { 
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
        @Override
        public String toString() { 
            return "Sheep{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    '}';
        }
        public Object deepClone() {  //深拷贝
            //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);
                Sheep sheep = (Sheep) ois.readObject();
    
                return sheep;
            } 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());
                }
            }
        }
    }

1.  客户端调用

public class Client { 
        public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException { 
            Sheep sheepDolly=new Sheep("Dolly",2);
            sheepDolly.friend=new Cow("Tom",1); //并实例化朋友
    
            Sheep sheep1 = (Sheep)sheepDolly.deepClone();
            Sheep sheep2 = (Sheep)sheepDolly.deepClone();
            Sheep sheep3 = (Sheep)sheepDolly.deepClone();
            //....
    
            System.out.println("sheep1:"+sheep1+",hashCode:" + sheep1.hashCode());
            System.out.println("sheep1.friend:"+sheep1.friend+",hashCode:" + sheep1.friend.hashCode()+'\n');
    
            System.out.println("sheep2:"+sheep2+",hashCode:" + sheep2.hashCode());
            System.out.println("sheep2.friend:"+sheep2.friend+",hashCode:" + sheep2.friend.hashCode()+'\n');
    
            System.out.println("sheep3:"+sheep3+",hashCode:" + sheep3.hashCode());
            System.out.println("sheep3.friend:"+sheep3.friend+",hashCode:" + sheep3.friend.hashCode()+'\n');
            //...
        }
    }

1.  运行结果  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MDM0NzA4_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

**原型模式总结**：

*  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
 *  可以不用重新初始化对象，动态地获得对象运行时的状态。
 *  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
 *  若成员变量无引用类型，浅拷贝clone即可；若引用类型的成员变量很少，可考虑递归实现clone，否则推荐序列化。

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