设计模式_创建型模式 -《原型模式》

笔记整理自黑马程序员Java设计模式详解， 23种Java设计模式（图解+框架源码分析+实战）

概述

原型模式 (Prototype Pattern) ：用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型对象相同的新对象。

结构

原型模式包含如下角色：

抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的的 clone() 方法。
具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。
访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。

接口类图如下：

实现

原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆。

浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。
深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址。

Java 中的 Object 类中提供了 clone() 方法来实现==浅克隆==。 Cloneable 接口是上面的类图中的抽象原型类，而实现了 Cloneable 接口的子实现类就是具体的原型类。代码如下：

Realizetype（具体的原型类）

// 实现Cloneable接口
public class Realizetype implements Cloneable {

    public Realizetype() {
        System.out.println("具体的原型对象创建完成！");
    }

    @Override
    protected Realizetype clone() throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("具体原型复制成功！");
        return (Realizetype) super.clone();
    }
}

PrototypeTest（测试访问类）

public class PrototypeTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        // 创建一个原型类对象
        Realizetype r1 = new Realizetype();
        // 调用Realizetype类中的clone方法进行对象的克隆
        Realizetype r2 = r1.clone();

        System.out.println("对象r1和r2是同一个对象？" + (r1 == r2)); // false
    }
}

案例

用原型模式生成“三好学生”奖状

同一学校的“三好学生”奖状除了获奖人姓名不同，其他都相同，可以使用原型模式复制多个“三好学生”奖状出来，然后在修改奖状上的名字即可。

类图如下：

代码如下：

奖状类实现 Cloneable 接口

public class Citation implements Cloneable {
    
    // 三好学生的姓名
    private String name;

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return (this.name);
    }

    public void show() {
        System.out.println(name + "同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！");
    }

    @Override
    public Citation clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Citation) super.clone();
    }
}

测试访问类

public class CitationTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Citation c1 = new Citation();
        c1.setName("张三");

        // 克隆奖状
        Citation c2 = c1.clone();
        // 将奖状的名字修改李四
        c2.setName("李四");

        c1.show();
        c2.show();
    }
}

输出

张三同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！
李四同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！

使用场景

对象的创建非常复杂，可以使用原型模式快捷的创建对象。
性能和安全要求比较高。

总结

当克隆完成时，实际上是在堆中新创建了一个对象，即克隆对象与原对象在堆中的地址不同。
如果原对象内部有引用类型的变量（如上面的 Student 对象），那么当进行克隆时，只会将原对象内部的引用类型对象的地址赋值给克隆对象内部的引用变量，即上面的原对象与克隆对象两者的 Student 属性地址相同，而不会真正的在堆中创建一个新的 Student 出来，这种情况被称为浅拷贝。

扩展（深克隆）

浅拷贝通过 Cloneable 接口实现，深拷贝通过序列化 (Serializable) 的方式实现。

将上面的“三好学生”奖状的案例中 Citation 类的 name 属性修改为 Student 类型的属性。

代码如下：

奖状类实现序列化接口

public class Citation implements Serializable {
    private Student stu;

    public Student getStu() {
        return stu;
    }

    public void setStu(Student stu) {
        this.stu = stu;
    }

    void show() {
        System.out.println(stu.getName() + "同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！");
    }

    @Override
    public Citation clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Citation) super.clone();
    }
}

学生类实现序列化接口

public class Student implements Serializable {
    private String name;
    private String address;

    public Student(String name, String address) {
        this.name = name;
        this.address = address;
    }

    public Student() {
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }
}

测试类

public class CitationTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

        Citation c1 = new Citation();
        Student stu = new Student("张三", "西安");
        c1.setStu(stu);

        // 复制奖状
        Citation c2 = c1.clone();
        // 获取c2奖状所属学生对象
        Student stu1 = c2.getStu();
        stu1.setName("李四");

        // 判断stu对象和stu1对象是否是同一个对象
        System.out.println("stu和stu1是同一个对象？" + (stu == stu1));

        c1.show();
        c2.show();
    }
}

运行结果为：

说明：

stu 对象和 stu1 对象是同一个对象，就会产生将 stu1 对象中 name 属性值改为“李四”，两个 Citation（奖状）对象中显示的都是李四。这就是浅克隆的效果，对具体原型类（Citation）中的引用类型的属性进行引用的复制。这种情况需要使用深克隆，而进行深克隆需要使用对象流。代码如下：

public class CitationTest1 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Citation c1 = new Citation();
        Student stu = new Student("张三", "西安");
        c1.setStu(stu);

        // 创建对象输出流对象
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\b.txt"));
        // 将c1对象写出到文件中
        oos.writeObject(c1);
        oos.close();

        // 创建对象输入流对象
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\b.txt"));
        // 读取对象
        Citation c2 = (Citation) ois.readObject();
        ois.close();
        // 获取c2奖状所属学生对象
        Student stu1 = c2.getStu();
        stu1.setName("李四");

        // 判断stu对象和stu1对象是否是同一个对象
        System.out.println("stu和stu1是同一个对象？" + (stu == stu1));

        c1.show();
        c2.show();
    }
}