Java 深入理解创建型设计模式之原型模式

1.思考问题

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。

按照传统的思路来，我们可能会按照下面的方式去写。

那么这种写法的优缺点自然而然就出来了：

优点是比较好理解，简单易操作。缺点是在创建新的对象时，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。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。改进的思路分析：java中object类是所有类的根类，object类提供了一个 clone()方法，该方法可以将一个java对象复制一份，但是需要实现clone的java类必须要实现一个接口cloneable，该接口表示该类能够复制且具有复制的能力 => 原型模式。

2.什么是原型模式？

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。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。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()。

原型模式相关的类图如下：

3.克隆羊多莉案例代码（浅拷贝）

这里由于我是新建的普通java项目，并不是maven项目，所以没法加lombok依赖。那么这里的构造器、tter/getter方法显得这个类的篇幅比较长。。。

packag向量点乘公式e com.szh.prototype.shallowclone; public class sheep implements cloneable {    private string name;    private integer age;    private string color;    private sheep friend;     public sheep(string name, integer age, string color) {        this.name = name;        this.age = age;        this.color = color;    }     public sheep(string name, integer age, string color, sheep friend) {        this.name = name;        this.age = age;        this.color = color;        this.friend = friend;    }     public string getname() {        return name;    }     public void tname(string name) {        this.name = name;    }     public integer getage() {        return age;    }     public void tage(integer age) {        this.age = age;    }     public string getcolor() {        return color;    }     public void tcolor(string color) {        this.color = color;    }     public sheep getfriend() {        return friend;    }     public void tfriend(sheep friend) {        this.friend = friend;    }     @override    public string tostring() {        return "sheep{" +                "name='" + name + '\'' +                ", age=" + age +                ", color='" + color + '\'' +                ", friend=" + friend +                '}';    }     //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 (clonenotsupportedexception e) {            system.out.println(e.getmessage());        }        return sheep;    }}

package com.szh.prototype.shallowclone; public class maintest {    public static void main(string[] args) {        sheep sheep = new sheep("多莉",5,"黑白相间",new sheep("喜羊羊",1,"白色"));         sheep sheep2 = (sheep) sheep.clone();        sheep sheep3 = (sheep) sheep.clone();        sheep sheep4 = (sheep) sheep.clone();        sheep sheep5 = (sheep) sheep.clone();         system.out.println(sheep + "  sheep.friend.hashcode = " + sheep.getfriend().hashcode());        system.out.println(sheep2 + "  sheep2.friend.hashcode = " + sheep2.getfriend().hashcode());      东经西经怎么区分  system.out.println(sheep3 + "  sheep3.friend.hashcode = " + sheep3.getfriend().hashcode());        system.out.println(sheep4 + "  sheep4.friend.hashcode = " + sheep4.getfriend().hashcode());        system.out.println(sheep5 + "  sheep5.friend.hashcode = " + sheep5.getfriend().hashcode());    }}

从上面的运行结果中可以看到，sheep类中的前三个成员属性都可以成功的拷贝，但是最后一个friend，它表示羊的朋友（也是sheep类型，就是引用类型了）。而当我们拷贝完成之后，应该来说都是不一样的新的对象，但是它们中的friend属性的hashcode居然是一样的！！！ 这里我们就要来聊一聊深拷贝和浅拷贝了。

浅拷贝：

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。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东北林业大学排名、某个类对象等，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。前面我们克隆羊就是浅拷贝。浅拷贝是使用默认的clone()方法来实现：sheep= (sheep) super.clone();

深拷贝：

复制对象的所有基本数据类型的成员变量值。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。深拷贝实现方式1: 重写clone方法来实现深拷贝。深拷贝实现方式2: 通过对象序列化实现深拷贝(推荐)。

4.深拷贝代码案例

package com.szh.prototype.deepclone; import java.io.rializable; public class deepcloneabletarget implements rializable, cloneable {     private static final long rialversionuid = 1l;    private string clonename;    private string cloneclass;     public deepcloneabletarget(string clonename, string cloneclass) {        this.clonename = clonename;        this.cloneclass = cloneclass;    }     @override    public string tostring() {        return "deepcloneabletarget{" +                "clonename='" + clonename + '\'' +                ", 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();    }}

package com.szh.prototype.deepclone; import java.io.*; public class deepprototype implements rializable, cloneable {     public string name; //string 属性    public deepcloneabletarget deepcloneabletarget;// 引用类型     public deepprototype() {        super();    }     @override    public string tostring() {        return "deepprototype{" +                "name='" + name + '\'' +                ", deepcloneabletarget=" + deepcloneabletarget +                '}';    }     //深拷贝 - 方式 1 使用clone 方法    @override    protected object clone() throws clonenotsupportedexception {        object deep = null;        deep = super.clone();        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);             //反序列化            bis = new bytearrayinputstream(bos.tobytearray());            ois = new objectinputstream(bis);            deepprototype copyobj = (deepprototype) ois.readobject();            return copyobj;        } catch (exception e) {            e.printstacktrac德阳灯会e();            return null;        } finally {            //关闭流            try {                ois.clo();                bis.clo();                oos.clo();                bos.clo();            } catch (exception e2) {                system.out.println(e2.getmessage());            }        }    }}

package com.szh.prototype.deepclone; public class maintest {    public static void main(string[] args) throws exception {      虎门销烟的故事简述  deepprototype prototype = new deepprototype();        prototype.name = "张起灵";        prototype.deepcloneabletarget = new deepcloneabletarget("小哥","闷油瓶");         //方式1 完成深拷贝        deepprototype prototype2 = (deepprototype) prototype.clone();        system.out.println("方式1 完成深拷贝");        system.out.println("prototype.name = " + prototype.name + ", prototype.deepcloneabletarget = " + prototype.deepcloneabletarget);        system.out.println("prototype.deepcloneabletarget.hashcode = " + prototype.deepcloneabletarget.hashcode());        system.out.println("-------------------------------------------------------");        system.out.println("prototype2.name = " + prototype2.name + ", prototype2.deepcloneabletarget = " + prototype2.deepcloneabletarget);        system.out.println("prototype2.deepcloneabletarget.hashcode = " + prototype2.deepcloneabletarget.hashcode());        system.out.println("==============================================================================");         //方式2 完成深拷贝        deepprototype prototype3 = (deepprototype) prototype.deepclone();        system.out.println("方式2 完成深拷贝");        system.out.println("prototype.name = " + prototype.name + ", prototype.deepcloneabletarget = " + prototype.deepcloneabletarget);        system.out.println("prototype.deepcloneabletarget.hashcode = " + prototype.deepcloneabletarget.hashcode());        system.out.println("-------------------------------------------------------");        system.out.println("prototype3.name = " + prototype3.name + ", prototype3.deepcloneabletarget = " + prototype3.deepcloneabletarget);        system.out.println("prototype3.deepcloneabletarget.hashcode = " + prototype3.deepcloneabletarget.hashcode());    }}

5.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。不用重新初始化对象，而是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。在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码。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。

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