原型模式

一、克隆羊问题

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。

二、传统方式解决克隆羊问题

• 图解
  
• 代码演示

羊实体类

//羊实体类
public class Sheep {private String name;private Integer age;private String color;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public Integer getAge() {return age;}public void setAge(Integer age) {this.age = age;}public String getColor() {return color;}public void setColor(String color) {this.color = color;}public Sheep() {}public Sheep(String name, Integer age, String color) {this.name = name;this.age = age;this.color = color;}
}

主函数

//主函数
public class Client {public static void main(String[] args) {Sheep sheep1 = new Sheep("tom",1,"白色");Sheep sheep2 = new Sheep(sheep1.getName(),sheep1.getAge(),sheep1.getColor());Sheep sheep3 = new Sheep(sheep1.getName(),sheep1.getAge(),sheep1.getColor());Sheep sheep4 = new Sheep(sheep1.getName(),sheep1.getAge(),sheep1.getColor());Sheep sheep5 = new Sheep(sheep1.getName(),sheep1.getAge(),sheep1.getColor());Sheep sheep6 = new Sheep(sheep1.getName(),sheep1.getAge(),sheep1.getColor());Sheep sheep7 = new Sheep(sheep1.getName(),sheep1.getAge(),sheep1.getColor());Sheep sheep8 = new Sheep(sheep1.getName(),sheep1.getAge(),sheep1.getColor());Sheep sheep9 = new Sheep(sheep1.getName(),sheep1.getAge(),sheep1.getColor());Sheep sheep10 = new Sheep(sheep1.getName(),sheep1.getAge(),sheep1.getColor());System.out.println(sheep1);System.out.println(sheep2);System.out.println(sheep3);System.out.println(sheep4);System.out.println(sheep5);System.out.println(sheep6);System.out.println(sheep7);System.out.println(sheep8);System.out.println(sheep9);System.out.println(sheep10);}
}

三、传统的方式的优缺点

• 1、优点是比较好理解，简单易操作。
• 2、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
• 3、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: 思路

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

四、原型模式-基本介绍

1、基本介绍

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

①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

②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**()

形象的理解：孙大圣拔出猴毛， 变出其它孙大圣

2、uml 类图

原理结构图说明：

• 1)Prototype :

原型类，声明一个克隆自己的接口

• 2)ConcretePrototype:

具体的原型类, 实现一个克隆自己的操作

• 3)Client:

让一个原型对象克隆自己，从而创建一个新的对象(属性一样）

五、原型模式解决克隆羊问题的应用实例

使用原型模式改进传统方式，让程序具有更高的效率和扩展性。

• 代码实现

sheep实体类

主函数

public class Client {public static void main(String[] args) {Sheep sheep = new Sheep("tom",18,"白色");Sheep sheep1 = (Sheep) sheep.clone();Sheep sheep2 = (Sheep) sheep.clone();Sheep sheep3 = (Sheep) sheep.clone();Sheep sheep4 = (Sheep) sheep.clone();Sheep sheep5 = (Sheep) sheep.clone();Sheep sheep6 = (Sheep) sheep.clone();Sheep sheep7 = (Sheep) sheep.clone();Sheep sheep8 = (Sheep) sheep.clone();Sheep sheep9 = (Sheep) sheep.clone();Sheep sheep10 = (Sheep) sheep.clone();System.out.println(sheep);System.out.println(sheep1);System.out.println(sheep2);System.out.println(sheep3);System.out.println(sheep4);System.out.println(sheep5);System.out.println(sheep6);System.out.println(sheep7);System.out.println(sheep8);System.out.println(sheep9);System.out.println(sheep10);}
}

六、深入讨论-浅拷贝和深拷贝

1、浅拷贝的介绍

实体类的属性的类型是引用类型，那么浅拷贝就只是将克隆对象的引用类型变量指向原来的

1)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。

2)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、某个类的对象等，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

3)浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现，通过super.clone()

sheep = (Sheep) super.clone();

2、深拷贝基本介绍

1. 复制对象的所有基本数据类型的成员变量值
2. 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
   

public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable {private static final long serialVersionUID = 1L;private String cloneName;private String cloneClass;//构造器public DeepCloneableTarget(String cloneName, String cloneClass) { this.cloneName = cloneName;this.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@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException { return super.clone();}
}

• 深拷贝实现方式 1：重写 clone() 方法来实现深拷贝

多重浅拷贝=>深拷贝=>套娃

该类的属性都是基本类型，所以使用super.clone()默认的克隆方法

//深拷贝（方式1）----使用 clone 方法
public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable{public String name; //String 属 性public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用类型public DeepProtoType() { super();}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {Object deep = null;//这里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，进行单独处理DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep;//再调用引用类型里面的clone()，对引用类型进行套娃clone()克隆deepProtoType.deepCloneableTarget	= (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();return deepProtoType;}

• 深拷贝实现方式 2： 通过对象序列化实现深拷贝(推荐)

在类中，写出这个方法来通过正反序列化，实现克隆深拷贝操作

//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); //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);DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType)ois.readObject();return copyObj;} 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());}}
}

七、深拷贝应用实例

• 1、使用 重写 clone 方法实现深拷贝
• 2、使用序列化来实现深拷贝
• 3、代码演示

八、原型模式的注意事项和细节

1、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

2、不用重新初始化对象，而是动态地获得对象运行时的状态

3、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

4、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.