原型模式

最新推荐文章于 2025-06-03 22:09:45 发布

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分类专栏：设计模式文章标签：设计模式原型模式

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本文深入探讨了原型模式的概念，介绍了如何通过浅拷贝和深拷贝在Java中实现对象的复制。原型模式简化了复杂对象的创建过程，提高了效率，避免了对象的重复初始化。

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一、原型模式基本介绍

原型模式是指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。原型模式是一种创建型设计模式，它允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，无需知道创建的细节。

原型对象的工作原理是：通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象，这个要发动创建的对象通过请求原型对象来拷贝它们自己来实现创建，即：对象.clone()。

二、原型对象原理图

说明：

1）Prototype：原型类，声明一个克隆自己的接口

2）ConcretePrototype：具体的原型类，实现一个克隆自己的操作

3）Client：让一个原型对象克隆自己，从而创建一个新的对象

三、原型模式例子

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Cloneable，该接口表示该类能够复制且具有复制能力。也就是使用原型模式来实现克隆羊的需求。代码如下所示：

public class Sheep implements Cloneable{
  private String name;
  private int age;
  private String color;
  
  
  //克隆该实例，使用默认的clone方法来实现
  protected Object clone() throws CloneNotSupportedException{
    Sheep sheep = null;
    sheep = (Sheep)super.clone();
    return sheep;
  }
}

三、浅拷贝

上面例子所讲的克隆羊，就是浅拷贝的典型例子。何为浅拷贝？浅拷贝就是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据、某个类的对象等，那么浅拷贝会进行引用传递，也就是只有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。

浅拷贝是使用默认的clone()方法来实现。sheep = (Sheep)super.clone();

四、深拷贝

对于数据类型是引用数据类型的成员变量，浅拷贝只会拷贝这个成员变量的地址，而深拷贝会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。

深拷贝的实现方式有两种：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（推荐）

1）重写clone方法来实现深拷贝

public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable{
  private String cloneName;
  private String cloneClass;
  
  protected Object clone() throws CloneNotSupportedException{
    DeepCloneableTarget deep = null;
    //这里完成对基本数据类型（属性）和String的克隆
    deep = (DeepCloneableTarget)super.clone();
    
    return deep;
  }
  
}

public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable{
  public String name;
  //引用类型
  public DeepCloneableTarget target;
  
  public DeepProtoType{}
  
  protected Object clone() throws CloneNotSupportedException{
    Object deep = null;
    //这里完成对基本数据类型（属性）和String的克隆
    deep = super.clone();
    //对引用类型的属性进行单独克隆
    DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep;
    deepProtoType.target = (DeepClobeableTarget)target.clone();
    
    return deepProtoType;
  }
  
}

2）通过对象序列化实现深拷贝（推荐）

public class DeepProtoType implements Serializable{
  public String name;
  //引用类型
  public DeepCloneableTarget target;
  
  public DeepProtoType{}
  
  public Object deepClone(){
    ByteArrayOutputStream bos = null;
    ObjectOutputStream oos = null;
    ByteArrayInputStream bis = null;
    ObjectInputStream ois = null;
    
    try{
      //序列化
      bos = new ByteArrayOutputStream();
      oos = new ObjectOutputStream(bos);
      //当前这个对象以对象流的方式输出
      oos.writeObject(this);
      
      //反序列化
      bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
      ois = new ObjectInputStream(bis);
      DeepProtoType deep = (DeepProtoType)ois.readObject();
      
      return deep;
    } catch(Execption e){
      return null;
    } finally{
      try{
        ois.close();
        bis.close();
        oos.close();
        bos.close();
      } catch(Exception ex){
        
      }
    }
    
  }
}