【23种设计模式】让代码来告诉你什么叫原型模式

最新推荐文章于 2022-05-20 10:52:18 发布

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分类专栏： 23种设计模式

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本文深入探讨了原型模式在创建复杂对象时的应用，通过克隆技术避免重复创建的复杂步骤，提高效率。同时，详细解析了Java中浅克隆与深克隆的区别及实现方式。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

原型模式

Javascript的继承就是通过原型链实现的
原型模式中有个概念，叫克隆，例如我们在拷贝文件的时候，将文件A复制一份成文件B，那么文件A 就是原型，文件B就是复制拷贝出来的一份，克隆也类似于这样
那么原型模式什么时候会使用呢？
原型模式属于创建型模式，假设我们要创建一个很复杂的对象A，需要经过一系列复杂的步骤，如果还要在创建一份，来一个对象B，那么再经过一系列复杂的步骤去创建就会显得很愚蠢，这个时候，就会很机智的想到我可以直接把A复制一份啊，这样不就有B了吗。
又例如你要用别人的网站，那你只需要把代码拷贝一份，改一改里面的一些细节，就可以直接使用了，大大提高了效率。
思路：Java中Object类是所有类的根类，Object类提供了一个clone()方法，该方法可以将一个Java对象复制一份，但是需要实现clone的Java类必须要实现一个接口Cloneable，该接口表示该类能够复制且具有复制的能力 ==> 原型模式

Java中的克隆技术

以某个对象为原型，克隆出来一份新的对象，两个对象是一样的，例如Object对象的clone()方法以及Cloneable接口
要对文件进行复制拷贝，也许我们会想到Java中的IO流，的确我们可以通过IO流对文件进行复制拷贝，但是用Java实现的IO流对文件进行操作，在效率上会比较低
而真正的复制拷贝应该是在内存中进行操作的，如果我们用Java去操作内存，就会很麻烦
Object对象的clone方法是一个native的方法，也就是说会通过Java去调用本地的接口，也就是调用本地用C/C++写的方法，通过这个方法实现克隆，效率就会更高。
那么克隆出来的对象和原来的对象有没有区别呢？那肯定是有区别的。
new 是创建一个对象，里面可能有一些默认值之类的；但是克隆出来的对象就是原封不动的拷贝一份，就相当于多了一个副本，你可以针对副本进行修改，但是原来的对象不会有变化

举个例子 - 盗版书和正版书之间的故事

// 原型类
// 用正版书本来模拟
import java.util.Date;

// 实现克隆： 1.实现Cloneable接口  2.重写clone()方法
public class Book implements Cloneable{
    // 很多的盗版书本 克隆别人写出来的书本
    private String name;  //书名
    private String author;  //作者
    private Date publishDate;  //出版日期

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }

    /**
     * 此处省略一些代码
     * 无参构造
     * 有参构造
     * get set方法
     * toString方法
     */
}
--------------------------------------------------------------------------
// 克隆
// 在市场这个平台里面复制正版书籍，获得盗版书本
// Market就是一个平台，商家在里面克隆正版书籍进行售卖 赚钱
public class Market {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
    
        // 原型对象 - 正版
        Book proto = new Book("Java从入门到放弃","Oracle",new Date());
        // 如果不盗版书本，那么就要自己生产，就需要自己 new Book()
        // 克隆对象 - 盗版
        Book clone = (Book) proto.clone();  //可能会产生克隆不支持的异常
        System.out.println("proto ==>> "+ proto + " HashCode:"+proto.hashCode());
        System.out.println("clone ==>> "+ clone + " HashCode:"+clone.hashCode());
        System.out.println("==================================");
        /**
         * 执行结果
         * proto ==>> Book{name='Java从入门到放弃', author='Oracle', publishDate=Mon Mar 23 16:50:28 CST 2020} HashCode:317574433
         * clone ==>> Book{name='Java从入门到放弃', author='Oracle', publishDate=Mon Mar 23 16:50:28 CST 2020} HashCode:1494279232
         * 可以从hashcod中看出克隆的对象和原型是一摸一样，但是两个hashcode不一样，的确是两个不同的对象
         */


        // 这个时候，盗版的人准备换个书名再拿去卖  --
        clone.setName("Java成长之路");
        System.out.println("修改后的clone ==>> "+ clone);
        System.out.println("proto ==>> "+ proto);
        System.out.println("==================================");
        /**
         * 执行结果
         * 修改后的clone ==>> Book{name='Java成长之路', author='Oracle', publishDate=Mon Mar 23 16:50:28 CST 2020}
         * proto ==>> Book{name='Java从入门到放弃', author='Oracle', publishDate=Mon Mar 23 16:50:28 CST 2020}
         */

        // 但是这样的克隆是有问题的，克隆分为浅克隆和深克隆，如果是浅克隆，那么克隆对象和原型对象里面会引用同一个对象
        // 如果这里我们修改clone对象引用的Date对象，按照预想的方向，应该是clone对象和proto对象的应该是不一样的
        // 而name因为是String,是基本数据类型，所以可以不用重写clone方法. String内容修改直接返回新的对象.
        clone.getPublishDate().setTime(123123123);
        System.out.println("改变了Date的clone ==>> "+ clone + " HashCode:"+clone.hashCode());
        System.out.println("proto ==>> "+ proto + " HashCode:"+proto.hashCode());
        System.out.println("==================================");
        /**
         * 输出结果
         * 改变了Date的clone ==>> Book{name='Java成长之路', author='Oracle', publishDate=Fri Jan 02 18:12:03 CST 1970} HashCode:1494279232
         * proto ==>> Book{name='Java从入门到放弃', author='Oracle', publishDate=Fri Jan 02 18:12:03 CST 1970} HashCode:317574433
         */

        // 那么我们想要的应该是互不关联的，clone对象与proto对象的date属性引用的不是同一个，他们各自都有一个自己的date对象，这就叫深克隆，两个对象的值互不影响
    }
}

在这段代码里面，我们会发现：
（1）克隆出来的对象和原型对象的确是两个不同的对象
（2）修改克隆对象的值不会对原型对象产生影响
（3）如果修改了克隆对象引用的对象，会影响到原型对象
那么我们在使用原型模式在克隆的时候，就要注意对象的引用关系

浅克隆改造成深克隆

浅拷贝的介绍
- 对于数据类型是基本数据类型的成员变量，浅拷贝会直接进行值传递，也就是将该属性值复制一份给新的对象。
- 对于数据类型是引用数据类型的成员变量，比如说成员变量是某个数组、某个类的对象等，那么浅拷贝会进行引用传递，也就是只是将该成员变量的引用值（内存地址）复制一份给新的对象。因为实际上两个对象的该成员变量都指向同一个实例。在这种情况下，在一个对象中修改该成员变量会影响到另一个对象的该成员变量值
深拷贝基本介绍
- 复制对象的所有基本数据类型的成员变量值
- 为所有引用数据类型的成员变量申请存储空间，并复制每个引用数据类型成员变量所引用的对象，直到该对象可达的所有对象。也就是说，对象进行深拷贝要对整个对象进行拷贝
- 深拷贝实现方式
  - 1：重写clone方法来实现深拷贝
  - 2：通过对象序列化实现深拷贝
深克隆的实现方式有很多，其中有序列化和反序列化，但是一旦和IO进行交互，就会影响程序的效率，不建议使用，有兴趣也可以参考一下下面这段代码实现一下
而重写clone方法对于属性较多的时候，虽然这么操作会很繁琐，但是这样做确实是比较好的办法

// 在Book对象里面的clone方法中进行改造，而不是直接引用符类的clone方法
@Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        //改造clone方法，实现深克隆
        // 1 获得已经clone的对象
        Object newClone = super.clone();
        // 2 强转成Book对象
        Book book = (Book) newClone;
        // 3 将当前的Book对象的date属性也进行克隆再返还给刚刚获得到的clone的book
        book.publishDate = (Date) this.publishDate.clone();
        // 4 返回clone的对象
        return newClone;
    }

再进行相同的操作，将clone的date对象的值进行修改

输出结果
改变了Date的clone ==>> Book{name='Java从入门到放弃', author='Oracle', publishDate=Fri Jan 02 18:12:03 CST 1970}
proto ==>> Book{name='Java从入门到放弃', author='Oracle', publishDate=Mon Mar 23 17:05:39 CST 2020}