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设计模式（五）——原型模式（加Spring框架源码分析）

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原型模式

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

1) 思路分析(图解)

Sheep类

package com.lin.prototype;public class Sheep { private String name;
private int age;
private String 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;
}
public Sheep(String name, int age, String color) {
super();
this.name = name;
this.age = age;
this.color = color;
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + "]";
}}

Client类

package com.lin.prototype;import com.lin.prototype.puls.Sheep;public class Client { public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Sheep sheep = new Sheep("tom", 3, "黑色");
Sheep sheep1 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
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(sheep1);
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

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

4) 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

基本介绍

1) 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

2) 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

3) 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()

4) 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

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

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。

Sheep类

package com.lin.prototype.puls;import java.io.Serializable;public class Sheep implements Cloneable, Serializable{ private static final long serialVersionUID = 12L; private String name;
private int age;
private String color;
private String address = "来自内蒙古";
public Sheep friend; 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;
} public Sheep(String name, int age, String color) {
super();
this.name = name;
this.age = age;
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 Sheep clone() {
Sheep sheep = null;
try {
sheep = (Sheep)super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
return sheep;
}}

Client类

package com.lin.prototype.puls;public class Client { public static void main(String[] args) {
Sheep sheep = new Sheep("tom", 4, "黄色"); sheep.friend = new Sheep("tommon", 4, "黄黑色");
Sheep sheep1 = sheep.clone();
Sheep sheep2 = sheep.clone();
Sheep sheep3 = sheep.clone();
Sheep sheep4 = sheep.clone();
Sheep sheep5 = sheep.clone();
System.out.println(sheep1.hashCode()+"\t"+sheep1+"\t"+sheep1.friend.hashCode());
System.out.println(sheep2.hashCode()+"\t"+sheep2+"\t"+sheep2.friend.hashCode());
System.out.println(sheep3.hashCode()+"\t"+sheep3+"\t"+sheep3.friend.hashCode());
System.out.println(sheep4.hashCode()+"\t"+sheep4+"\t"+sheep4.friend.hashCode());
System.out.println(sheep5.hashCode()+"\t"+sheep5+"\t"+sheep5.friend.hashCode());
}
}

7.1 原型模式在 Spring 框架中源码分析

1) Spring 中原型 bean 的创建，就是原型模式的应用

2) 代码分析+Debug 源码

7 入讨论-浅拷贝和深拷贝

7.1 浅拷贝的介绍

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) 前面我们克隆羊就是浅拷贝

4) 浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现

sheep = (Sheep) super.clone();

7.2 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

3) 深拷贝实现方式 1：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(推荐)

8 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

 

代码演示

DeepCloneableTarget类

package com.lin.prototype;import java.io.Serializable;public class DeepCloneableTarget implements Cloneable, Serializable{ private static final long serialVersionUID = 1L; private String cloneName; private String cloneClass; public DeepCloneableTarget(String cloneName, String cloneClass) {
super();
this.cloneName = cloneName;
this.cloneClass = cloneClass;
} @Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
// TODO Auto-generated method stub
return super.clone();
} @Override
public String toString() {
return "DeepCloneableTarget [cloneName=" + cloneName + ", cloneClass=" + cloneClass + "]";
}}

DeepProtoType类

package com.lin.prototype;import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;public class DeepProtoType implements Cloneable, Serializable{ public String name; public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget; public com.lin.prototype.puls.Sheep friend; public DeepProtoType() {
super();
} // 深拷贝-方式一使用clone方法
@Override
protected DeepProtoType clone() throws CloneNotSupportedException {
Object deep = null;
// 完成基本数据类型拷贝
deep = super.clone();
// 引用数据类型单独处理
DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType) deep;
deepProtoType.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget) deepCloneableTarget.clone(); return deepProtoType;
} @Override
public String toString() {
return "DeepProtoType [name=" + name + "]";
} // 深拷贝-方式二使用对象的序列化（推荐使用）
public DeepProtoType cloneSerial() {
// 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) {
System.out.println(e.getMessage());
return null;
} finally {
try {
bos.close();
oos.close();
bis.close();
ois.close();
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
}
}}

Client类

package com.lin.prototype;import com.lin.prototype.puls.Sheep;public class Client { public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
DeepProtoType sheep = new DeepProtoType();
sheep.name = "tom";
sheep.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("tomm", "tommclass");
sheep.friend = new Sheep("tommon", 4, "黄黑色");// DeepProtoType sheep1 = sheep.clone();
DeepProtoType sheep1 = sheep.cloneSerial(); System.out.println(sheep+"\t"+sheep.friend.hashCode()+"\n"+sheep1+"\t"+sheep1.friend.hashCode());
System.out.println(sheep+"\t"+sheep.deepCloneableTarget.hashCode()+"\n"+sheep1+"\t"+sheep1.deepCloneableTarget.hashCode());
}
}

9 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

5) 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.

仅供参考，有错误还请指出！

有什么想法，评论区留言，互相指教指教。