原型模式

背景

克隆问题

类似过程：

//原始对象
User user=new User();
user.setName("...");
//...对象属性的操作；//如果需要克隆三个对象；
User user1=new User();
user1.setName(user.getName());
//...user1设置属性User user2=new User();
user2.setName(user.getName());
//...user2设置属性User user3=new User();
user3.setName(user.getName());
//...user设置属性

传统方式在创建新对象时，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，开发效率会变低。而且，总是需要重新初始化对象，而不是动态的获取对象运行时的状态，不够灵活；

改进

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

1）用原型实例指定厂家对象的种类、并且通过拷贝这些原型、创建新的对象；
2）原型模式是一种创建型设计模式、允许一个对象在创建一个可定制的对象、无需知道如何创建的细节；
3）工作原理：通过将一个原型对象传给哪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拷贝他们自己来实施创建、对象.clone();

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: 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)

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

package com.yxj.prototype.improve;public class Sheep implements Cloneable {private String name;private int age;private String color;private String address = "蒙古羊";public Sheep(String name, int age, String color) {super();this.name = name;this.age = age;this.color = color;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}public String getColor() {return color;}public void setColor(String color) {this.color = color;}@Overridepublic String toString() {return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + ", address=" + address + "]";}//克隆该实例，使用默认的clone方法来完成@Overrideprotected Object clone()  {Sheep sheep = null;try {sheep = (Sheep)super.clone();} catch (Exception e) {// TODO: handle exceptionSystem.out.println(e.getMessage());}// TODO Auto-generated method stubreturn sheep;}}package com.yxj.prototype.improve;public class Client {public static void main(String[] args) {System.out.println("原型模式完成对象的创建");// TODO Auto-generated method stubSheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆Sheep sheep5 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆System.out.println("sheep2 =" + sheep2);System.out.println("sheep3 =" + sheep3);System.out.println("sheep4 =" + sheep4);System.out.println("sheep5 =" + sheep5);}}

应用场景

在SpringIOC容器中，bean的类型有singleton，还有prototype;
前者是单例，后者是原型，每次从容器中获取的对象都是新的对象。


if (mbd.isSingleton()) {sharedInstance = this.getSingleton(beanName, () -> {try {return this.createBean(beanName, mbd, args);} catch (BeansException var5) {this.destroySingleton(beanName);throw var5;}});bean = this.getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
} else if (mbd.isPrototype()) {var11 = null;Object prototypeInstance;try {this.beforePrototypeCreation(beanName);prototypeInstance = this.createBean(beanName, mbd, args);} finally {this.afterPrototypeCreation(beanName);}bean = this.getObjectForBeanInstance(prototypeInstance, name, beanName, mbd);
}

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、将值复制一份给新的对象；
如果是引用数据类型的成员变量、浅拷贝会进行引用传递、也就是将该成员变量的引用值（内存地址）复制一份给新的对象。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另一个对象的成员变量值；

package com.yxj.prototype.improve;public class Sheep implements Cloneable {private String name;private int age;private String color;private String address = "蒙古羊";public Sheep friend; //是对象, 克隆是会如何处理public Sheep(String name, int age, String color) {super();this.name = name;this.age = age;this.color = color;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}public String getColor() {return color;}public void setColor(String color) {this.color = color;}@Overridepublic String toString() {return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + ", address=" + address + "]";}//克隆该实例，使用默认的clone方法来完成@Overrideprotected Object clone()  {Sheep sheep = null;try {sheep = (Sheep)super.clone();} catch (Exception e) {// TODO: handle exceptionSystem.out.println(e.getMessage());}// TODO Auto-generated method stubreturn sheep;}}package com.yxj.prototype.improve;public class Client {public static void main(String[] args) {System.out.println("原型模式完成对象的创建");// TODO Auto-generated method stubSheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆Sheep sheep5 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆System.out.println("sheep2 =" + sheep2 + "sheep2.friend=" + sheep2.friend.hashCode());System.out.println("sheep3 =" + sheep3 + "sheep3.friend=" + sheep3.friend.hashCode());System.out.println("sheep4 =" + sheep4 + "sheep4.friend=" + sheep4.friend.hashCode());System.out.println("sheep5 =" + sheep5 + "sheep5.friend=" + sheep5.friend.hashCode());}}

这是浅拷贝，属性friend引用都指向堆中的同一个对象；

深拷贝

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、对象进行深拷贝就是对整个对象进行拷贝；
3）深拷贝实现方式：重写Clone方法来实现深拷贝；
4）深拷贝实现方式2：通过对象序列化实现深拷贝；

package com.yxj.prototype.deepclone;import java.io.Serializable;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();}
}package com.yxj.prototype.deepclone;import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable{public String name; //String 属性public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用类型public DeepProtoType() {super();}//深拷贝 - 方式 1 使用clone 方法@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;deepProtoType.deepCloneableTarget  = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();// TODO Auto-generated method stubreturn 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); //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) {// TODO: handle exceptione.printStackTrace();return null;} finally {//关闭流try {bos.close();oos.close();bis.close();ois.close();} catch (Exception e2) {// TODO: handle exceptionSystem.out.println(e2.getMessage());}}}}package com.yxj.prototype.deepclone;public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {// TODO Auto-generated method stubDeepProtoType p = new DeepProtoType();p.name = "宋江";p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛");//方式1 完成深拷贝//       DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.clone();
//
//      System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
//      System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());//方式2 完成深拷贝DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.deepClone();System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());}}

注意事项与细节

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，这点请同学们注意

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