原型模式--克隆怪物大军
引子
小帅就职于一家游戏公司，参与开发一款RPG游戏，他负责设计游戏里的怪物。有些大场面需要成百上千的怪物，如果用new的方法创建每一个怪物，需要初始化的参数很多，会比较耗时间，而且也比较麻烦。
小帅决定用原型模式快速地克隆怪物，让怪物大军迅速集结。
原型模式
原型模式：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。
原型是一种创建型设计模式， 使你能够复制对象， 甚至是复杂对象， 而又无需使代码依赖它们所属的类。
对应我们的代码，类图如下：
怪物类：
/**
* 怪物类
*/
public class Monster implements Cloneable{
/**
* 名称
*/
String name;
/**
* 攻击力
*/
int attackPower;
/**
* 生命值
*/
int hp;
public Monster(String name, int attackPower, int hp) {
this.name = name;
this.attackPower = attackPower;
this.hp = hp;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
@Override
public String toString() {
return "怪物名称：" + name + "，攻击力：" + attackPower + "，生命值：" + hp;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAttackPower() {
return attackPower;
}
public void setAttackPower(int attackPower) {
this.attackPower = attackPower;
}
public int getHp() {
return hp;
}
public void setHp(int hp) {
this.hp = hp;
}
}
客户端类：
public class Client {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
List<Monster> monsterList = new ArrayList<Monster>();
Monster monster = new Monster("飞龙", 200, 100);
for(int i = 0; i < 10; i++) {
monsterList.add((Monster)monster.clone());
}
monsterList.stream().forEach(f -> System.out.println(f));
}
}
输出：
怪物名称：飞龙，攻击力：200，生命值：100
怪物名称：飞龙，攻击力：200，生命值：100
怪物名称：飞龙，攻击力：200，生命值：100
怪物名称：飞龙，攻击力：200，生命值：100
怪物名称：飞龙，攻击力：200，生命值：100
怪物名称：飞龙，攻击力：200，生命值：100
怪物名称：飞龙，攻击力：200，生命值：100
怪物名称：飞龙，攻击力：200，生命值：100
怪物名称：飞龙，攻击力：200，生命值：100
怪物名称：飞龙，攻击力：200，生命值：100
注意这里的Monster是要实现Cloneable接口才能使用clone()方法，如果把Cloneable接口去掉是会报错的：
Exception in thread "main" java.lang.CloneNotSupportedException: prototype.monster.normal.Monster
at java.lang.Object.clone(Native Method)
at prototype.monster.normal.Monster.clone(Monster.java:31)
at prototype.monster.normal.Client.main(Client.java:13)
Object类中clone()方法中已经说明了：
浅拷贝和深拷贝
如果每个怪物都有自己的宠物，宠物有自己的名称和技能，我们再来看看下面的例子。
浅拷贝
怪物类：
/**
* 怪物类
*/
public class Monster implements Cloneable{
/**
* 名称
*/
String name;
/**
* 攻击力
*/
int attackPower;
/**
* 生命值
*/
int hp;
/**
* 宠物
*/
Pet pet;
public Monster(String name, int attackPower, int hp, Pet pet) {
this.name = name;
this.attackPower = attackPower;
this.hp = hp;
this.pet = pet;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
@Override
public String toString() {
return "怪物名称：" + name + "，攻击力：" + attackPower + "，生命值：" + hp + ", 宠物名称：" + pet.name + "，技能：" + pet.skill;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAttackPower() {
return attackPower;
}
public void setAttackPower(int attackPower) {
this.attackPower = attackPower;
}
public int getHp() {
return hp;
}
public void setHp(int hp) {
this.hp = hp;
}
public Pet getPet() {
return pet;
}
public void setPet(Pet pet) {
this.pet = pet;
}
}
宠物类：
/**
* 宠物类
*/
public class Pet {
/**
* 名称
*/
String name;
/**
* 技能
*/
String skill;
public Pet(String name, String skill) {
this.name = name;
this.skill = skill;
}
@Override
public String toString() {
return "宠物名称：" + name + "，技能：" + skill;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getSkill() {
return skill;
}
public void setSkill(String skill) {
this.skill = skill;
}
}
客户端类：
public class Client {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
// 宠物
Pet pet = new Pet("小石头人", "飞石");
// 怪兽
Monster monster = new Monster("山岭巨人", 300, 500, pet);
// 怪兽副本
Monster monsterClone = (Monster)monster.clone();
System.out.println("monster :" + monster);
System.out.println("monsterClone :" + monsterClone);
System.out.println("----------------------------------------------------------------------------------------------");
// 只是修改怪兽副本的宠物属性
monsterClone.pet.setName("飞鹰");
monsterClone.pet.setSkill("俯冲");
System.out.println("monster :" + monster);
System.out.println("monsterClone :" + monsterClone);
}
}
输出：
monster :怪物名称：山岭巨人，攻击力：300，生命值：500, 宠物名称：小石头人，技能：飞石
monsterClone :怪物名称：山岭巨人，攻击力：300，生命值：500, 宠物名称：小石头人，技能：飞石
----------------------------------------------------------------------------------------------
monster :怪物名称：山岭巨人，攻击力：300，生命值：500, 宠物名称：飞鹰，技能：俯冲
monsterClone :怪物名称：山岭巨人，攻击力：300，生命值：500, 宠物名称：飞鹰，技能：俯冲
从上面的例子可以看到，复制出来的怪物对象monsterClone修改了自己的宠物pet的属性，同时也修改了原型怪物的宠物属性。
这是因为在 Java 语言中，Object 类的 clone() 方法执行的就是上面的浅拷贝。它只会拷贝对象中的基本数据类型的数据（比如，int、long），以及引用对象（pet）的内存地址，不会递归地拷贝引用对象本身。
所以，monster和monsterClone对象引用的是同一个pet对象。
深拷贝
下面我们来看看深拷贝的例子：
宠物类：
客户端类：
输出：
可以看到，复制的怪物只是修改了自己的宠物，原型怪物的宠物没有改变。
深拷贝就是把对象里的对象都一一拷贝了，每个对象里所有的数据都有独立的副本。
下面两张图描述了浅拷贝和深拷贝的区别：
还有一种实现深拷贝的方法就是序列化和反序列化：
public Object deepCopy(Object object) {
ByteArrayOutputStream bo = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(bo);
oo.writeObject(object);
ByteArrayInputStream bi = new ByteArrayInputStream(bo.toByteArray());
ObjectInputStream oi = new ObjectInputStream(bi);
return oi.readObject();
}
总结
如果对象的创建成本比较大，而同一个类的不同对象之间差别不大（大部分字段都相同），在这种情况下，我们可以利用对已有对象（原型）进行复制（拷贝、克隆）的方式，来创建新对象，以达到节省创建时间的目的。
原型模式是在内存二进制层面拷贝对象，要比直接new一个对象性能好很多，特别是要在一个循环体内产生大量的对象时，原型模式可以更加高效。
这就是原型模式，是不是很简单？
最后，我们看看原型模式的优点和缺点：
优点
- 可以克隆对象， 而无需与它们所属的具体类相耦合。
- 可以克隆预生成原型， 避免反复运行初始化代码。
- 可以更方便地生成复杂对象。
- 可以用继承以外的方式来处理复杂对象的不同配置。
缺点
- 克隆包含循环引用的复杂对象可能会非常麻烦。
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原始发表：2021-05-26，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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