【大话设计模式-6】原型模式（浅拷贝、深拷贝案例分析）
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1. 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。
2. 传统方式解决克隆羊问题
- 思路分析(图解)
- 代码的演示
package com.atguigu.prototype;
public class Client {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
//传统的方法
Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
Sheep sheep2 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
Sheep sheep3 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
Sheep sheep4 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
Sheep sheep5 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
//.... System.out.println(sheep);
System.out.println(sheep2);
System.out.println(sheep3);
System.out.println(sheep4);
System.out.println(sheep5);
}
}
3. 传统的方式的优缺点
- 优点是比较好理解，简单易操作。
- 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
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
4. 原型模式-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
- 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() - 形象的理解：孙大圣拔出猴毛， 变出其它孙大圣
5. 原型模式原理结构图-uml 类图
原理结构图说明
- 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）
6. 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
package com.atguigu.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, 默认是浅拷贝
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) {
System.out.println(e.getMessage());
}
// TODO Auto-generated method stub
return sheep;
}
}
package com.atguigu.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 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());
}
}
7. 原型模式在 Spring 框架中源码分析
- Spring 中原型 bean 的创建，就是原型模式的应用
- 代码分析+Debug 源码
package com.atguigu.spring.bean;
/** * 注释 * @author Administrator * */
public class Monster {
private Integer id = 10 ;
private String nickname = "牛魔王";
private String skill = "芭蕉扇";
public Monster() {
System.out.println("monster 创建..");
}
public Monster(Integer id, String nickname, String skill) {
//System.out.println("Integer id, String nickname, String skill被调用");
this.id = id;
this.nickname = nickname;
this.skill = skill;
}
public Monster( String nickname, String skill,Integer id) {
this.id = id;
this.nickname = nickname;
this.skill = skill;
}
public Integer getId() {
return id;
}
public void setId(Integer id) {
this.id = id;
}
public String getNickname() {
return nickname;
}
public void setNickname(String nickname) {
this.nickname = nickname;
}
public String getSkill() {
return skill;
}
public void setSkill(String skill) {
this.skill = skill;
}
@Override
public String toString() {
return "Monster [id=" + id + ", nickname=" + nickname + ", skill="
+ skill + "]";
}
}
beans.xml
//prototype代表创建bean时，是以原型模式创建的
<bean id="id01" class="com.atguigu.spring.bean.Monster" scope="prototype"/>
Test.java
package com.atguigu.spring.test;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext;
public class ProtoType {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("beans.xml");
// 获取monster[通过id获取monster]
Object bean = applicationContext.getBean("id01");
System.out.println("bean" + bean); // 输出 "牛魔王" .....
Object bean2 = applicationContext.getBean("id01");
System.out.println("bean2" + bean2); //输出 "牛魔王" .....
System.out.println(bean == bean2); // false
// ConfigurableApplicationContext
}
}
8. 深入讨论-浅拷贝和深拷贝
8.1 浅拷贝的介绍
- 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();
8.2 深拷贝基本介绍
- 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)
9. 深拷贝应用实例
- 使用 重写 clone 方法实现深拷贝
- 使用序列化来实现深拷贝
- 代码演示
package com.atguigu.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
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
package com.atguigu.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
@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;
}
//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;//输出流
ByteArrayInputStream bis = null;
ObjectInputStream ois = null;//输入流
try {
//序列化
bos = new ByteArrayOutputStream();//字节数组输出流
oos = new ObjectOutputStream(bos);//字节数组输出流--》换成对象输出流
oos.writeObject(this); //当前这个对象以对象流的方式输出到内存
//反序列化
bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());//bos字节数组输出流反序列化--》读进来（相当于把对象进行克隆）
ois = new ObjectInputStream(bis);//ois就读到了原先序列化出去的对象（this）
DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType)ois.readObject();//以对象的方式从内存读回来输出的对象
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());
}
}
}
}
//Client.java
package com.atguigu.prototype.deepclone;
public class Client {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// TODO Auto-generated method stub
DeepProtoType 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());
}
}
10. 原型模式的注意事项和细节
- 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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