二十三种设计模式之原型模式

一：设计模式的七大原则：

1. 单一职责原则
2. 接口隔离原则
3. 依赖倒转(倒置)原则
4. 里氏替换原则
5. 开闭原则
6. 迪米特法则
7. 合成复用原则

二：原型模型(Prototype 模式)介绍：

1. 原型模式指：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
2. 原型模式是一种创建型设计模式，允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，无需知道如何创建的细节
3. 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拷贝它们自己来实施创建，即 对象.clone()
4. 形象的理解：孙大圣拔出猴毛， 变出其它孙大圣

三：原型模式例子：

克隆羊问题：

现在有一只羊 tom，姓名为: tom, 年龄为：1，颜色为：白色，请编写程序创建和 tom 羊 属性完全相同的 10
只羊。

（1）：传统方法解决思路：

1. 创建羊的实体类
2. 创建一个新的类
   2.1. 先创建一个羊的实例
   2.2. 依次根据2.1步中创建的羊来进行复制创建新的对象

（2）：传统方式的优缺点：

1. 优点是比较好理解，简单易操作。
2. 在创建新的对象时，总是需要重新获取原始对象的属性，如果创建的对象比较复杂时，效率较低
3. 总是需要重新初始化对象，而不是动态地获得对象运行时的状态, 不够灵活

（3）：使用原型模型解决思路：

1. 创建羊的实体类，但是要让这个实体类实现Cloneable接口
2. 创建一个新类
   2.1. 直接创建一个实体类的对象
   2.2. 使用实体类的clone()方法进行创建对象

实现：

4. Sheep类，实现Cloneable接口

public class Sheep implements Cloneable { 
	private String name;
	private int age; 
	private String color;
	
	public Sheep(String name, int age, String color) { 
		super();
		this.name = name; 
		this.age = age; 
		this.color = color;
	}
	public String getName() { 
		return name;
	}
	public void setName(String name) { 
		this.name = name;
	}
	public int getAge() { 
		return age;
	}
	public void setAge(int age) {
		this.age = age;
	}
	public String getColor() { 
		return color;
	}
	public void setColor(String color) { 
		this.color = color;
	}
	
	@Override
	public String toString() {
		return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + "]";
	}
	
	//克隆该实例，使用默认的 clone 方法来完成
	@Override
	protected Object clone()	{
		Sheep sheep = null; 
		try {
			sheep = (Sheep)super.clone();
		} catch (Exception e) {
			System.out.println(e.getMessage());
		}
	}
}

2. Client类（通过克隆来创建Sheep对象）

public class Client {
	public static void main(String[] args) {
	System.out.println("原型模式完成对象的创建");
	// TODO Auto-generated method stub
	Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
	
	Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone(); 
	Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone();
	Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone(); 
	Sheep sheep5 = (Sheep)sheep.clone(); 
	//克隆...
	
	System.out.println("sheep2 =" + sheep2 + "sheep2.friend=" + sheep2.friend.hashCode());
	System.out.println("sheep3 =" + sheep3 + "sheep3.friend=" + sheep3.friend.hashCode()); System.out.println("sheep4 =" + sheep4 + "sheep4.friend=" + sheep4.friend.hashCode()); System.out.println("sheep5 =" + sheep5 + "sheep5.friend=" + sheep5.friend.hashCode());
	}
}

四：原型模式的注意事项和细节

1. 创建新的对象比较复杂时，可以利用原型模式简化对象的创建过程，同时也能够提高效率
2. 不用重新初始化对象，而是动态地获得对象运行时的状态
3. 如果原始对象发生变化(增加或者减少属性)，其它克隆对象的也会发生相应的变化，无需修改代码
4. 在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码
5. 缺点：需要为每一个类配备一个克隆方法，这对全新的类来说不是很难，但对已有的类进行改造时，需要修改其源代码，违背了 ocp 原则，这点请同学们注意.

五：浅拷贝和深拷贝

浅拷贝：

1. 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，也就将该属性值复制一份给新的对象。
2. 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
3. 浅拷贝是使用默认的clone()方法来实现
   sheep = (Sheep) super.clone();

深拷贝：

1. 复制对象的所有基本数据类型的成员变量值
2. 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
3. 深拷贝实现方式1:重写clone方法来实现深拷贝
4. 深拷贝实现方式2:通过对象序列化实现深拷贝

浅拷贝的第一种方式，重写clone()方法来实现深拷贝：

import java.io.Serializable;

public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable {
	private static final long serialVersionUID = 1L;
	private String cloneName;
	private String cloneClass;
	
	//构造器
	public DeepCloneableTarget(String cloneName, String cloneClass) { 			
		this.cloneName = cloneName;
		this.cloneClass = cloneClass;
	}
	
	//因为该类的属性，都是 String ,  因此我们这里使用默认的 clone 完成即可
	@Override
	protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 
		return super.clone();
	}
}

import java.io.ByteArrayInputStream; 
import java.io.ByteArrayOutputStream;
 
import java.io.ObjectInputStream; 
import java.io.ObjectOutputStream; 
import java.io.Serializable;

public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable{
	public String name; //String 属 性
	public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用类型
	
	public DeepProtoType() { 
		super();
	}

	//深拷贝 - 方式 1：使用 clone 方法，先克隆基本数据类型，再克隆引用对象类型数据
	@Override
	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，进行单独处理
		DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep;
		deepProtoType.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();
		
		return deepProtoType;
	}

	//深拷贝 - 方式 2：通过对象的序列化实现 (推荐) 
	public Object deepClone() {
	//创建流对象
		ByteArrayOutputStream bos = null; 
		ObjectOutputStream oos = null; 
		ByteArrayInputStream bis = null;
		ObjectInputStream ois = null;
	
		try {
			//序列化
			bos = new ByteArrayOutputStream(); 
			oos = new ObjectOutputStream(bos);
			oos.writeObject(this); //当前这个对象以对象流的方式输出
			
			//反序列化
			bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray()); 
			ois = new ObjectInputStream(bis);
			DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType)ois.readObject();
			return copyObj;
		} catch (Exception e) {
			exception e.printStackTrace();
			return null;
		} finally {
			//关闭流 
			try {
			bos.close();
			oos.close();
			bis.close();
			ois.close();
			} catch (Exception e2) {
				System.out.println(e2.getMessage());
			}
		}
	}
}

总结：
1. 通过重写clone()方法进行深拷贝就是将对象的基本数据类型进行clone()处理，
   对引用数据类型调用引用对象的clone()方法，分别进行clone()，这种方法不推
   荐，因为当类发生改变时需要重写clone()方法，对代码破坏较大
2. 通过序列化和反序列化，就是将对象进行读写操作，将其进行克隆，比较实用

六：原型模式在 Spring 框架中应用

Spring 中原型 bean 的创建，scope="protrtype"

spring中xml文件

实体类：

测试方法：

通过结果可以看出是创建了两个不同的对象，但是对象的内容是一样的，有兴趣的话可以debug看一下源码。

七：总结：

原型模式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。

使用：
1. 当一个系统应该独立于它的产品创建，构成和表示时。
2. 当要实例化的类是在运行时刻指定时，例如，通过动态装载。
3. 为了避免创建一个与产品类层次平行的工厂类层次时。
4. 当一个类的实例只能有几个不同状态组合中的一种时。建立相应数目的原型并克隆它们可能比每次用合适的状态手工实例化该类更方便一些。