设计模式：原型模式解决对象创建成本大问题

news2024/11/16 15:38:29

一、问题场景
现在有一只猫tom，姓名为: tom, 年龄为：1，颜色为：白色，请编写程序创建和tom猫属性完全相同的10只猫。

二、传统解决方案

public class Cat {
    private String name;
    private int age;
    private String color;

    public Cat(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 "Cat [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + "]";
    }
} 
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub        
        // 传统的方法      
        Cat sheep = new Cat("tom", 1, "白色");
        Cat sheep2 = new Cat(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        Cat sheep3 = new Cat(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        Cat sheep4 = new Cat(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        Cat sheep5 = new Cat(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); 
        //...  
    } 
}

三、传统方案分析
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

四、原型模式
1、定义

  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

2、结构图
在这里插入图片描述

  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

  3. 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)

3、改进方案

public class Cat implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;
    private String color;
    private String address = "南京猫";
		public Cat friend;//是对象，克隆是会如何处理

    public Cat(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 "Cat [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() {
        Cat cat = null;
        try {
            cat = (Cat) super.clone();
        } catch (Exception e) { 
            // TODO: handle exception 
            System.out.println(e.getMessage()); 
        }     
        // TODO Auto-generated method stub
        return cat;
    }      
}
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
        Cat cat = new Cat("tom", 1, "白色");
        cat.friend = new Cat("jack", 2, "黑色");
        Cat cat2 = (Cat) cat.clone();
        //克隆
        Cat cat3 = (Cat)cat.clone();
        //克隆
        Cat cat4 = (Cat)cat.clone();
        //克隆
        Cat cat5 = (Cat)cat.clone();
        //克隆
        System.out.println("cat2 =" + cat2 + "cat2.friend=" + cat2.friend.hashCode());
        System.out.println("cat3 =" + cat3 + "cat3.friend=" + cat3.friend.hashCode());
        System.out.println("cat4 =" + cat4 + "cat4.friend=" + cat4.friend.hashCode());
        System.out.println("cat5 =" + cat5 + "cat5.friend=" + cat5.friend.hashCode());
    }
}

4、两种实现

（1）浅拷贝

  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。

  1. 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

  1. 前面我们克隆猫就是浅拷贝

  2. 浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现 cat = (Cat) super.clone();

（2）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

  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）

5、深拷贝实现

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;
        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());
            }
        }

    }

}
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();
    }
}
    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());

    }

}

四、原型模式应用
Spring中原型bean的创建，就是原型模式的应用
在这里插入图片描述

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