【设计模式】创建型模式之原型模式

【设计模式】创建型模式之原型模式

1.概述

原型模式(Prototype Pattern)：是用于创建重复的对象，同时又能保证性能。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式之一。这种模式是实现了一个原型接口，该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时，则采用这种模式。

例如，一个对象需要在一个高代价的数据库操作之后被创建。我们可以缓存该对象，在下一个请求时返回它的克隆，在需要的时候更新数据库，以此来减少数据库调用。

1.1 使用场景

• 需要创建复杂对象的情况，特别是那些包含大量成员变量的对象。
• 当应用程序需要从一个类创建多个实例时，如果每个实例都需要相同的初始值，则使用原型模式可以提高性能，因为只需要初始化一次，然后克隆即可。
• 当应用程序需要避免对于某些对象的重复初始化时，也可以使用原型模式。例如，在游戏中创建许多敌人对象，每个对象的属性都很相似，但它们的位置、朝向等属性可能不同。在这种情况下，我们可以使用一个原型对象来代表所有敌人，然后基于这个原型对象克隆出其他敌人对象，而无需重新初始化所有属性。

---

2. 构成

原型模式包含如下三个角色：

• 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。

---

3. 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，对于基本类型，新对象的属性和原来对象的完全相同；对于引用类型，新对象的属性仍指向原对象属性的内存地址。
• 深克隆：创建一个新对象，新对象的引用类型也会被克隆，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 是jdk提供的抽象圆形类，而实现了 Cloneable 接口的子实现类就是具体的原型类。

Realizetype（具体的原型类）：

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

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

Client（测试类）：

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        //创建一个原型类对象
        Realizetype realizetype = new Realizetype();
        //调用Realizetype的clone方法进行对象克隆
        Realizetype clone = realizetype.clone();

        System.out.println("原形对象和克隆出来的是否是同一个对象？:"+(realizetype==clone));
    }
}

运行结果如下：

---

3.1 浅克隆

需求：

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。

1）定义一个学生类

public class Student {

    private String name;

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

2）定义一个三好学生类

public class Citation implements Cloneable {

    //三好学生
    private Student stu;

    public Student getStu() {
        return stu;
    }

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

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

    public 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！");
    }
}

3）测试浅克隆

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        //创建原型对象
        Citation citation = new Citation();

        Student student = new Student();
        student.setName("张三");
        citation.setStu(student);

        //浅克隆
        Citation citation1 = citation.clone();
        Student student1 = citation.getStu();
        student1.setName("李四");

        System.out.println("student和student1是不是同一个对象："+(student==student1));
        citation.show();
        citation1.show();
    }
}

根据浅克隆的定义，如果该测试方法的克隆属于浅克隆，那么 student==student1 必然为 true，因为它们指向同一地址。点击运行，结果如下：

我们发现，student==student1果然为true，所以说这两个引用对象指向同一个地址，才会“里斯同学：在…”语句才会输出两次。

---

3.2 深克隆

深拷贝是基于序列化来实现的，所以需要克隆的对象都得实现 Serializable 接口，我们在学生类和三好学生类中都实现该接口。

编写测试方法如下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //创建原型对象
        Citation citation = new Citation();

        Student student = new Student();
        student.setName("张三");
        citation.setStu(student);

        //深克隆
        //序列化对象
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("d:\\a.txt"));
        oos.writeObject(citation);
        oos.close();

        //反序列化对象
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("d:\\a.txt"));
        Citation citation1 = (Citation) ois.readObject();
        Student student1 = citation1.getStu();
        student1.setName("李四");
        ois.close();

        System.out.println("student和student1是不是同一个对象："+(student==student1));
        citation.show();
        citation1.show();
    }
}

根据深拷贝定义，如果该测试方法属于深拷贝，那么 student==student1 必然为 false。点击运行，结果如下：