【设计模式自习室】原型模式
【设计模式自习室】原型模式
前言
《设计模式自习室》系列，顾名思义，本系列文章带你温习常见的设计模式。主要内容有：
- 该设计模式的详细介绍，包括：
- 引子，意图（大白话解释）
- 类图，时序图（理论规范）
- 该模式的代码示例：熟悉该模式的代码长什么样子
- 该模式的优缺点：不可以滥用模式
- 该模式的实际使用案例：了解它在哪些重要的源码中出现过
该系列会逐步更新于我的博客和公众号（博客见文章底部）
也希望各位观众老爷能够关注我的个人公众号：后端技术漫谈，不会错过精彩好看的文章。
系列文章回顾
原型模式 Prototype
引子
还记得深克隆和浅克隆的区别吗？其实这里说的克隆，就是原型模式。
原型模式要求对象实现一个可以克隆自身的接口(类型)。这样一来，通过原型实例创建新的对象。
原型模式也属于创建型模式。
意图
原型模式有两种表现形式：
- 简单形式
- 登记形式
他们的区别在于：第二种登记模式中，多了一个原型管理器(PrototypeManager)角色，该角色的作用是：创建具体原型类的对象，并记录每一个被创建的对象。
如果需要创建的原型对象数目较少而且比较固定的话，可以采取简单形式。在这种情况下，原型对象的引用可以由客户端自己保存。
否则，你可以使用登记形式。原型管理器的作用:
在登记形式下，客户端不保存对原型对象的引用，这个任务被交给原型管理器角色。在克隆一个对象之前，客户端可以查看管理员对象是否已经有一个满足要求的原型对象。如果有，可以从原型管理器角色中取得这个对象引用；如果没有，客户端就需要自行复制此原型对象。
类图
简单形式
- 客户(Client)：客户类提出创建对象的请求；
- 抽象原型(Prototype)：这是一个抽象角色，通常是一个Java接口或者抽象类。此角色定义了的具体原型类所需的实现的方法。
- 具体原型(Concrete Prototype)：此角色需要实现抽象原型角色要求的克隆相关的接口。
登记形式
多出了：
- 原型管理器(PrototypeManager)：客户端client直接调用原型管理器
时序图
无
使用举例和实际使用场景举例
本文将使用举例和实际使用场景举例放在一起来讨论，是由于原型模式最典型的例子就是Java的深克隆和浅克隆 （clone方法），我们直接使用深克隆和浅克隆的代码来熟悉原型模式。
clone()方法将对象复制了一份并返还给调用者。所谓“复制”的含义与clone()方法是怎么实现的。一般而言，clone()方法满足以下的描述：
（1）对任何的对象x，都有：x.clone()!=x。换言之，克隆对象与原对象不是同一个对象。
（2）对任何的对象x，都有：x.clone().getClass() == x.getClass()，换言之，克隆对象与原对象的类型一样。
（3）如果对象x的equals()方法定义其恰当的话，那么x.clone().equals(x)应当成立的。在JAVA语言的API中，凡是提供了clone()方法的类，都满足上面的这些条件。JAVA语言的设计师在设计自己的clone()方法时，也应当遵守着三个条件。一般来说，上面的三个条件中的前两个是必需的，而第三个是可选的。
浅复制 clone()
当进浅复制时，clone函数返回的是一个引用，指向的是新的clone出来的对象，此对象与原对象分别占用不同的堆空间。同时，复制出来的对象具有与原对象一致的状态。
此处对象一致的状态是指：复制出的对象与原对象中的属性值完全相等==。
代码示例：
我们复制一本书
1.定义Book类和Author类：
class Author {
private String name;
private int age;
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;
}
}class Book implements Cloneable {
private String title;
private int pageNum;
private Author author;
public Book clone() {
Book book = null;
try {
book = (Book) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
return book;
}
public String getTitle() {
return title;
}
public void setTitle(String title) {
this.title = title;
}
public int getPageNum() {
return pageNum;
}
public void setPageNum(int pageNum) {
this.pageNum = pageNum;
}
public Author getAuthor() {
return author;
}
public void setAuthor(Author author) {
this.author = author;
}
}2.测试：
package com.qqyumidi;
public class PrototypeTest {
public static void main(String[] args) {
Book book1 = new Book();
Author author = new Author();
author.setName("corn");
author.setAge(100);
book1.setAuthor(author);
book1.setTitle("好记性不如烂博客");
book1.setPageNum(230);
Book book2 = book1.clone();
System.out.println(book1 == book2); // false
System.out.println(book1.getPageNum() == book2.getPageNum()); // true
System.out.println(book1.getTitle() == book2.getTitle()); // true
System.out.println(book1.getAuthor() == book2.getAuthor()); // true
}
}虽然复制出来的对象重新在堆上开辟了内存空间，但是，对象中各属性确保持相等。对于基本数据类型很好理解，但对于引用数据类型来说，则意味着此引用类型的属性所指向的对象本身是相同的， 并没有重新开辟内存空间存储。换句话说，引用类型的属性所指向的对象并没有复制。
由此，我们将其称之为浅复制。
而当复制后的对象的引用类型的属性所指向的对象也重新得以复制，此时，称之为深复制。
深复制 deepclone()
Java中的深复制一般是通过对象的序列化和反序列化得以实现。序列化时，需要实现Serializable接口。
从输出结果中可以看出，深复制不仅在堆内存上开辟了空间以存储复制出的对象，甚至连对象中的引用类型的属性所指向的对象也得以复制，重新开辟了堆空间存储。
深复制的两种实现方式
在Java语音中，想要实现深度拷贝其实有两种方式：
- 通过序列化
- 重写clone，调用子成员的clone方法
代码示例：通过 序列化 实现深复制
public Object 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 ois.readObject();
}代码示例：通过 重写clone 实现深复制
1.定义Book类和Author类（注意：不仅Book类需要实现Serializable接口，Author同样也需要实现Serializable接口!!）：
class Author implements Serializable{
private String name;
private int age;
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;
}
}class Book implements Serializable {
private String title;
private int pageNum;
private Author author;
public Book deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException{
// 写入当前对象的二进制流
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(this);
// 读出二进制流产生的新对象
ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
return (Book) ois.readObject();
}
public String getTitle() {
return title;
}
public void setTitle(String title) {
this.title = title;
}
public int getPageNum() {
return pageNum;
}
public void setPageNum(int pageNum) {
this.pageNum = pageNum;
}
public Author getAuthor() {
return author;
}
public void setAuthor(Author author) {
this.author = author;
}
}2.测试：
public class PrototypeTest {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IOException {
Book book1 = new Book();
Author author = new Author();
author.setName("corn");
author.setAge(100);
book1.setAuthor(author);
book1.setTitle("好记性不如烂博客");
book1.setPageNum(230);
Book book2 = book1.deepClone();
System.out.println(book1 == book2); // false
System.out.println(book1.getPageNum() == book2.getPageNum()); // true
System.out.println(book1.getTitle() == book2.getTitle()); // false
System.out.println(book1.getAuthor() == book2.getAuthor()); // false
}
}深复制不仅在堆内存上开辟了空间以存储复制出的对象，甚至连对象中的引用类型的属性所指向的对象也得以复制，重新开辟了堆空间存储。
该模式的优缺点
优点
原型模式允许在运行时动态改变具体的实现类型。原型模式可以在运行期间，有客户来注册符合原型接口的实现类型，也可以动态的改变具体的实现类型，看起来接口没有任何变化，但是其实运行的已经是另外一个类实体了。因为克隆一个原型对象就类似于实例化一个类。
缺点
缺点就是…你需要自己写一个clone方法
参考
https://juejin.im/post/5b48bec15188251b3d79bf9c
https://www.cnblogs.com/java-my-life/archive/2012/04/11/2439387.html
https://www.jianshu.com/p/b0e13717b6d9
《Head First设计模式》
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