设计模式（十一）：原型模式

xujjj

发布于 2019-07-31 11:43:47

3700

发布于 2019-07-31 11:43:47

什么是原型模式

定义：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制原型实例创建新的对象。

我们都看过《西游记》，里面孙悟空拥有拔毛变分身的技能，只需要拔毛轻轻一吹就会变出许许多多的孙悟空。孙悟空本体就是原型实例，通过分身术复制变出新的孙悟空，分身孙悟空与本体孙悟空相对独立，即分身孙悟空遇到任何问题，都不会影响本体孙悟空。原型模式正是采用这种思想，用一个已经创建成功的对象实例作为原型，通过复制该原型实例来创建一个和原型实例相同或相似的新对象。

原型模式的应用场景

类初始化需要消耗非常多数据计算、硬件资源等资源时
通过 new 关键词创建的一个对象需要非常繁琐的数据准备或者权限校验时
一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时
对对象本身的克隆需要涉及到类本身的数据细节，需要隐藏克隆操作的细节时
希望对目标对象的修改不影响原有的原型对象时
希望创建一个对象就可以得到已有原型对象的数据，而不是创建一个纯洁的对象时（如创建孙悟空分身，也希望分身孙悟空也会施放技能，而不是看起来像孙悟空，什么技能都不会）

原型模式的优缺点

原型模式的优点如下：

当创建新对象实例比较繁琐时，使用原型模式复制一个已有实例可以提高新对象的创建效率
可以避免构造函数的约束（复制过程不会执行构造函数）
可以使用深克隆的方式保存对象的状态

原型模式的缺点如下：

每一个类都必须配备一个克隆方法。这对于全新的类来说不是很难，而对于已经有的类不一定很容易，当内部包括一些不支持拷贝或有循环引用的对象时，实现克隆可能也会很困难的
必须实现 Cloneable 接口
由于原型模式不会执行构造函数，可能存在问题

原型模式的结构与实现

1、结构

原型模式的角色如下。

1.用户角色（Client）：使用者调用具体原型对象中的 clone 方法完成对象的复制创建。

2.抽象原型角色（Prototype）：继承了 Cloneable 接口，声明具备clone能力。

3.具体原型角色(ConcretePrototype）：实现了 clone 方法。

2、实现

浅克隆的实现

public class ShallowCopyDemo implements Cloneable {
  private String demoName;
  private int demoInt;
  
  private Helper helper = new Helper();
  private List<String> demoList = new ArrayList<>();
  public String getDemoName() {
    return demoName;
  }
  public void setDemoName(String demoName) {
    this.demoName = demoName;
  }
  public int getDemoInt() {
    return demoInt;
  }
  public void setDemoInt(int demoInt) {
    this.demoInt = demoInt;
  }
  public String getHelperName() {
    return helper.getHelperName();
  }
  public void setHelperName(String helperName) {
    this.helper.setHelperName(helperName);
  }
  public void addToDemoList(String demoName) {
    demoList.add(demoName);
  }
  public void showDemoList() {
    for(String s : this.demoList) {
      System.out.println(s);
    }
  }
  
  @Override
  public String toString() {
    return "ShallowCopyDemo [demoName=" + demoName + ", demoInt=" + demoInt + ", helperName=" + helper.getHelperName() + " ]";
  }
  
  @Override
  protected ShallowCopyDemo clone() throws CloneNotSupportedException {
    ShallowCopyDemo shallowCopyDemo = null;
    try {
      shallowCopyDemo = (ShallowCopyDemo) super.clone();
    } catch (Exception e) {
      return null;
    }
    return shallowCopyDemo;
  }
}

public class Helper {
  private String helperName;
  public String getHelperName() {
    return helperName;
  }

  public void setHelperName(String helperName) {
    this.helperName = helperName;
  }
}

public class ClientTest {
  public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
    ShallowCopyDemo shallowCopyDemo = new ShallowCopyDemo();
    shallowCopyDemo.setDemoInt(10);
    shallowCopyDemo.setDemoName("IT界的泥石流");
    shallowCopyDemo.addToDemoList("请关注公众号：IT界的泥石流");
    shallowCopyDemo.setHelperName("非常感谢");
    shallowCopyDemo.showDemoList();
    System.out.println(shallowCopyDemo.toString());
    
    ShallowCopyDemo shallowCopyDemo2 = shallowCopyDemo.clone();
    shallowCopyDemo.setDemoInt(100);
    shallowCopyDemo.setDemoName("祝工作顺利");
    shallowCopyDemo2.addToDemoList("学习进步");
    shallowCopyDemo2.setHelperName("谢谢支持");
    
    shallowCopyDemo.showDemoList();
    System.out.println(shallowCopyDemo.toString());
    
    shallowCopyDemo2.showDemoList();
    System.out.println(shallowCopyDemo2.toString());
  }
}

执行结果：
请关注公众号：IT界的泥石流
ShallowCopyDemo [demoName=IT界的泥石流, demoInt=10, helperName=非常感谢 ]
请关注公众号：IT界的泥石流
学习进步
ShallowCopyDemo [demoName=祝工作顺利, demoInt=100, helperName=谢谢支持 ]
请关注公众号：IT界的泥石流
学习进步
ShallowCopyDemo [demoName=IT界的泥石流, demoInt=10, helperName=谢谢支持 ]

我们首先创建一个 ShallowCopyDemo 实例 shallowCopyDemo 对其赋值并输出结果，输出结果符合预期。接着我们使用 clone 方法复制出另一个实例 shallowCopyDemo2 对其赋值后，再次输出 shallowCopyDemo 和 shallowCopyDemo2 的结果，从输出结果看出第一个实例 shallowCopyDemo 的 demoList 和 helper 变量的值被修改了。

不是说好的复制出全新的一份吗？应该是相互独立的才对。这是因为 clone 方法在java中除了基本数据类型和String类型外，数组、集合引用和对象引用的成员变量都不会被拷贝，它们是多个克隆实例与本体共用那一部分数据的，这是浅克隆。

深克隆的实现

当我们希望克隆实例与本体相互独立时，应使用深克隆。

public class DeepCopyDemo implements Serializable {
  private String demoName;
  private int demoInt;
  
  private Helper helper = new Helper();
  private List<String> demoList = new ArrayList<>();
  public String getDemoName() {
    return demoName;
  }
  public void setDemoName(String demoName) {
    this.demoName = demoName;
  }
  public int getDemoInt() {
    return demoInt;
  }
  public void setDemoInt(int demoInt) {
    this.demoInt = demoInt;
  }
  public String getHelperName() {
    return helper.getHelperName();
  }
  public void setHelperName(String helperName) {
    this.helper.setHelperName(helperName);
  }
  public void addToDemoList(String demoName) {
    demoList.add(demoName);
  }
  public void showDemoList() {
    for(String s : this.demoList) {
      System.out.println(s);
    }
  }
  
  @Override
  public String toString() {
    return "ShallowCopyDemo [demoName=" + demoName + ", demoInt=" + demoInt + ", helperName=" + helper.getHelperName() + " ]";
  }
  
  public DeepCopyDemo deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
        //将对象写到流里
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
        oos.writeObject(this);
        //从流里读回来
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
        return (DeepCopyDemo) ois.readObject();
    }
}

public class Helper implements Serializable {
  private String helperName;
  public String getHelperName() {
    return helperName;
  }

  public void setHelperName(String helperName) {
    this.helperName = helperName;
  }
}

public class ClientTest {
  public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IOException {
    DeepCopyDemo deepCopyDemo = new DeepCopyDemo();
    deepCopyDemo.setDemoInt(10);
    deepCopyDemo.setDemoName("IT界的泥石流");
    deepCopyDemo.addToDemoList("请关注公众号：IT界的泥石流");
    deepCopyDemo.setHelperName("非常感谢");
    deepCopyDemo.showDemoList();
    System.out.println(deepCopyDemo.toString());
    
    DeepCopyDemo deepCopyDemo2 = deepCopyDemo.deepClone();
    deepCopyDemo2.setDemoInt(100);
    deepCopyDemo2.setDemoName("祝工作顺利");
    deepCopyDemo2.addToDemoList("学习进步");
    deepCopyDemo2.setHelperName("谢谢支持");
    
    deepCopyDemo.showDemoList();
    System.out.println(deepCopyDemo.toString());
    
    deepCopyDemo2.showDemoList();
    System.out.println(deepCopyDemo2.toString());
  }
}

执行结果：
请关注公众号：IT界的泥石流
ShallowCopyDemo [demoName=IT界的泥石流, demoInt=10, helperName=非常感谢 ]
请关注公众号：IT界的泥石流
ShallowCopyDemo [demoName=IT界的泥石流, demoInt=10, helperName=非常感谢 ]
请关注公众号：IT界的泥石流
学习进步
ShallowCopyDemo [demoName=祝工作顺利, demoInt=100, helperName=谢谢支持 ]

DeepCopyDemo 与 ShallowCopyDemo 差别在于 DeepCopyDemo 不实现 Cloneable 接口，而是实现 Serializable，并通过序列化与反序列化的方式完成对象复制。

我们从运行结果上可以看到克隆实例和本体互不影响。

以上就是今天《原型模式》的讲解，至此创建型模式已讲述完毕。良好的代码风格需要长期不断的积累学习。各位读者大人若有问题，欢迎后台留言，我将第一时间回复！

下期文章将介绍《设计模式（十二）：代理模式》

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原始发表：2019-07-29，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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