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社区首页 >专栏 >《23种设计模式(Java版)》| 原型模式(内附源码案例)。

《23种设计模式(Java版)》| 原型模式(内附源码案例)。

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百思不得小赵
发布2022-12-01 14:21:10
2100
发布2022-12-01 14:21:10
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文章被收录于专栏:小赵Java总结

📢 专栏推荐:23种设计模式(Java版)系列专栏

2021 年 12 月 26日 百思不得小赵 🔍点此进入博客首页 —— 新时代的农民工 🙊 —— 换一种思维逻辑去看待这个世界 👀

⭐目录

一、概述

原型模式是一种创建型设计模式,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,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——来源于百度百科。

通俗理解:

  • 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()。

二、原理结构图

  • 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。

案例需求:

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5只羊.

案例代码:

代码语言:javascript
复制
public class Sheep implements Cloneable {
	private String name;
	private int age;
	private String color;
	private String address = "蒙古羊";
	//克隆羊对象
	public Sheep friend; 
	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;
	}
	
	@Override
	public 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
	@Override
	protected Object clone()  {
		
		Sheep sheep = null;
		try {
			sheep = (Sheep)super.clone();
		} catch (Exception e) {
			// TODO: handle exception
			System.out.println(e.getMessage());
		}
		// TODO Auto-generated method stub
		return sheep;
	}
}
代码语言:javascript
复制
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 stub
		Sheep 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());
	}

}

结果展示:

代码语言:javascript
复制
原型模式完成对象的创建
sheep2 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古羊]sheep2.friend=284720968
sheep3 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古羊]sheep3.friend=284720968
sheep4 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古羊]sheep4.friend=284720968
sheep5 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古羊]sheep5.friend=284720968

三、面试重点:请你聊聊深拷贝与浅拷贝?

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、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。
  • 前面克隆羊案例就是浅拷贝。
  • 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进行拷贝。
实现深拷贝的两种方式

方式一:重写clone方法

案例代码:

代码语言:javascript
复制
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
	@Override
	protected 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 stub
		return deepProtoType;
	}
}

方式一:通过对象序列化实现深拷贝(推荐)

案例代码:

代码语言:javascript
复制
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 exception
			e.printStackTrace();
			return null;
		} finally {
			//关闭流
			try {
				bos.close();
				oos.close();
				bis.close();
				ois.close();
			} catch (Exception e2) {
				// TODO: handle exception
				System.out.println(e2.getMessage());
			}
		}
	}
}

四、在JDK框架中源码分析

JDK 中的ArrayList类中,就使用了原型模式

代码语言:javascript
复制
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{
   /**
     * Returns a shallow copy of this <tt>ArrayList</tt> instance.  (The
     * elements themselves are not copied.)
     *
     * @return a clone of this <tt>ArrayList</tt> instance
     */
    public Object clone() {
        try {
            ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) 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(e);
        }
    }
}

五、总结Tips

  • 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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原始发表:2021-12-26,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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