创建型模式之原型模式

概述

用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型对象相同的新对象。

结构

原型模式包含如下角色：

* 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。

接口类图如下：

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，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。
> 深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，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 接口是上面的类图中的抽象原型类，而实现了Cloneable接口的子实现类就是具体的原型类。

代码如下：

/**
 * @author: xuzhilei
 * @create: 2021-12-28
 * @description: 具体的原型类
 **/
public class Realizetype implements Cloneable{
    /**
     * 构造器
     */
    public Realizetype(){
        System.out.println("具体的原型对象创建完成！");
    }
    /**
     * 重写clone方法
     * @return Realizetype：具体的原型类实例
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    @Override
    protected Realizetype clone() throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("具体原型复制成功！");
        return (Realizetype) super.clone();
    }
}

/**
 * @author: xuzhilei
 * @create: 2021-12-28
 * @description: 测试访问类
 **/
public class PrototypeTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        //创建一个具体的原型类实例
        Realizetype realizetype1 = new Realizetype();
        //克隆出一个具体的原型类实例，会产生一个新的对象
        Realizetype realizetype2 = realizetype1.clone();
        System.out.println("realizetype1和realizetype2是同一个对象吗？"+(realizetype1 == realizetype2));
    }
}

测试结果：

 案例

用原型模式生成“三好学生”奖状

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。

类图如下：

代码如下：

public class Citation implements Cloneable {
    /**
     * 获奖学生姓名
     */
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public void show(){
        System.out.println(this.name+"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！");
    }

    /**
     * 重写clone方法
     * @return Citation：具体的奖状类实例
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    @Override
    protected Citation clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Citation) super.clone();
    }
}

public class CitationTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        //创建奖状对象
        Citation citation1 = new Citation();
        citation1.setName("张三");

        //克隆奖状对象,会产生一个新的对象
        Citation citation2 = citation1.clone();
        citation2.setName("李四");

        citation1.show();
        citation2.show();
    }
}

测试结果：说明浅克隆生成了新对象

 使用场景

* 对象的创建非常复杂，可以使用原型模式快捷的创建对象。
* 性能和安全要求比较高。

浅克隆案例：将上面的“三好学生”奖状的案例中Citation类的name属性修改为Student类型的属性。

代码如下：

public class Citation implements Cloneable{
    private Student student;

    public Citation() {
    }

    public Citation(Student student) {
        this.student = student;
    }

    public Student getStudent() {
        return student;
    }

    public void setStudent(Student student) {
        this.student = student;
    }

    public void show(){
        System.out.println(this.student.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！");
    }

    /**
     * 重写clone方法
     * @return Citation：具体的奖状类实例
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    @Override
    protected Citation clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Citation) super.clone();
    }
}

public class Student {
    private String name;
    private String address;

    public Student(String name, String address) {
        this.name = name;
        this.address = address;
    }

    public Student() {
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public String getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }
}

public class CitationTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        //创建奖状对象
        Citation citation1 = new Citation();
        Student student1 = new Student("张三", "北京");
        citation1.setStudent(student1);
        //克隆奖状对象,会产生一个新的奖状对象，但其内部的student2变量与student1变量指向同一个地址值
        Citation citation2 = citation1.clone();
        Student student2 = citation2.getStudent();
        student2.setName("李四");

        //判断student1对象和student2对象是否是同一个对象
        System.out.println("student1和student2是同一个对象？" + (student1 == student2));

        citation1.show();
        citation2.show();
    }
}

测试结果：

 分析：student1对象和student2对象是同一个对象，就会产生将student1对象中name属性值改为“李四”，两个Citation（奖状）对象中显示的都是李四。这就是浅克隆的效果，对具体原型类（Citation）中的引用类型的属性进行引用地址值的复制。这种情况需要使用深克隆，而进行深克隆需要使用对象流。

代码如下：

/**
 * @author: xuzhilei
 * @create: 2021-12-28
 * @description: 测试利用序列化实现深克隆
 **/
public class CitationTest04 {
    public static void main(String[] args) {

        ObjectOutputStream oos = null;
        ObjectInputStream ois = null;
        try {
            //创建奖状对象
            Citation citation1 = new Citation();
            Student student1 = new Student("张三", "上海");
            citation1.setStudent(student1);

            //创建输出流
            oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\DP\\Desktop\\a.text"));
            //将对象序列化到文件中
            oos.writeObject(citation1);

            //创建输入流
            ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\DP\\Desktop\\a.text"));
            //将文件反序列化成对象
            Citation citation2 = (Citation) ois.readObject();
            //获取citation2的学生对象
            Student student2 = citation2.getStudent();
            student2.setName("李四");

            //判断student1对象和student2对象是否是同一个对象
            System.out.println("student1和student2是同一个对象？" + (student1 == student2));

            citation1.show();
            citation2.show();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //关闭资源
            try {
                if (oos != null){
                    oos.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            try {
                if (ois != null){
                    ois.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }
}

测试结果：说明student1对象和student2对象不是同一个对象

 注意：Citation类和Student类必须实现Serializable接口，否则会抛 NotSerializableException异常。

   以上是个人随手敲的demo，如有不正确的地方，可以在下方留言指正，谢谢。与各位优快云的伙伴们共勉，每天记录一点点，每天进步一点点