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一文带你了解Java创建型设计模式之原型模式

2022-09-23 09:55:30 作者：丨Jack_Chen丨

原型模式其实就是从一个对象在创建另外一个可定制的对象，不需要知道任何创建的细节。本文就来通过示例为大家详细聊聊原型模式，需要的可以参考一下

原型模式

概述

原型模式(Prototype Pattern)是属于创建型模式。

它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。

原型模式的核心在于拷贝原型对象。以存在的一个对象为原型，直接基于内存二进制流进行拷贝，无需再经历耗时的对象初始化过程（不调用构造函数），性能提升许多。

当直接创建对象的代价比较大时，则采用这种模式。利用当前系统中已存在的对象作为原型，对其进行克隆，避免初始化的过程。

优缺点

优点：

1.java自带的原型模式是基于内存二进制流的拷贝，比直接new一个对象性能上提升许多

2.使用原型模式将对象复制一份并将其状态保存起来，简化创建对象的过程，以便在需要的时候使用

缺点：

1.需要为每一个类配置一个克隆方法

2克隆方法位于类的内部，当对已有类进行改造的时候，需要修改代码，违反开闭原测

3.在实现深克隆时需要编写较为复杂的代码，而且当对象之间存在多重嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支特深克隆，实现比较麻烦

应用场景

1.类初始化消耗资源较多

2.new产生的一个对象需要非常繁琐的过程（数据准备或访问权限）

3.构造函数处比较复杂

4.循环体中生产大量对象时

5.资源优化场景

6.性能和安全要求的场景

主要角色

1.客户（Client）角色

客户端类向原型管理器提出创建对象的请求。

2.抽象原型（Prototype）角色

这是一个抽象角色，此角色给出所有的具体原型类所需的接口。

3.具体原型（Concrete Prototype）角色

被复制的对象。此角色需要实现抽象的原型角色所要求的接口。

4.原型管理器（Prototype Manager）角色

创建具体原型类的对象，并记录每一个被创建的对象。

原型模式的基本使用

创建原型接口

public interface IPrototype<T> {
    T clone();
}

创建具体需要克隆对象

@Data
@ToString
public class ConcretePrototype implements IPrototype {
    private int age;
    private String name;
    @Override
    public ConcretePrototype clone() {
        ConcretePrototype concretePrototype = new ConcretePrototype();
        concretePrototype.setAge(this.age);
        concretePrototype.setName(this.name);
        return concretePrototype;
    }
}

使用

    public static void main(String[] args) {
        //创建原型对象
        ConcretePrototype prototype = new ConcretePrototype();
        prototype.setAge(20);
        prototype.setName("jack");
        System.out.println(prototype);
        //拷贝原型对象
        ConcretePrototype cloneType = prototype.clone();
        System.out.println(cloneType);
    }

JDK自带原型接口的使用

原型模式就是如此简单，通常开发中不会这样使用。其实JDK提供了一个现成的API接口，那就是Cloneable接口。

@Data
@ToString
public class ConcretePrototype implements Cloneable {
    private int age;
    private String name;
    private List<String> hobbies;
    @Override
    public ConcretePrototype clone() {
        try {
            return (ConcretePrototype)super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

浅克隆与深度克隆

浅克隆

添加一个hobby属性，当给克隆对象的hobby属性添加一项时，最终结果会导致原型对象发生变化，也就是hobby属性用于一个内存地址。这就是浅克隆。

@Data
@ToString
public class ConcretePrototype implements Cloneable {
    private int age;
    private String name;
    private List<String> hobby;
    @Override
    public ConcretePrototype clone() {
        try {
            return (ConcretePrototype)super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

    public static void main(String[] args) {
        ConcretePrototype prototype = new ConcretePrototype();
        prototype.setAge(22);
        prototype.setName("jack");
        List<String> hobby = new ArrayList<String>();
        hobby.add("java");
        hobby.add("python");
        hobby.add("go");
        prototype.setHobby(hobby);
        // 拷贝原型对象
        ConcretePrototype cloneType = prototype.clone();
        cloneType.getHobby().add("php");
        System.out.println("原型对象：" + prototype);
        System.out.println("克隆对象：" + cloneType);
        System.out.println(prototype == cloneType);
        System.out.println(prototype.getHobby() == cloneType.getHobby());
    }

原型对象：ConcretePrototype(age=22, name=jack, hobby=[java, python, go, php])
克隆对象：ConcretePrototype(age=22, name=jack, hobby=[java, python, go, php])
false
true

深度克隆

可使用序列化方式实现对象的深度克隆

@Data
@ToString
public class ConcretePrototype implements Cloneable, Serializable {
    private int age;
    private String name;
    private List<String> hobby;
    @Override
    public ConcretePrototype clone() {
        try {
            return (ConcretePrototype) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
    public ConcretePrototype deepClone() {
        try {
            ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
            oos.writeObject(this);
            ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
            return (ConcretePrototype) ois.readObject();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

    public static void main(String[] args) {
        //创建原型对象
        ConcretePrototype prototype = new ConcretePrototype();
        prototype.setAge(22);
        prototype.setName("jack");
        List<String> hobby = new ArrayList<String>();
        hobby.add("java");
        hobby.add("python");
        hobby.add("go");
        prototype.setHobby(hobby);
        // 拷贝原型对象
        ConcretePrototype cloneType = prototype.deepClone();
        cloneType.getHobby().add("php");
        System.out.println("原型对象：" + prototype);
        System.out.println("克隆对象：" + cloneType);
        System.out.println(prototype == cloneType);
        System.out.println(prototype.getHobby() == cloneType.getHobby());
    }

原型对象：ConcretePrototype(age=22, name=jack, hobby=[java, python, go])
克隆对象：ConcretePrototype(age=22, name=jack, hobby=[java, python, go, php])
false
false

也可这样操作，多克隆一次

    public ConcretePrototype deepClone2() {
        try {
            ConcretePrototype result = (ConcretePrototype) super.clone();
            result.hobby = (List) ((ArrayList) result.hobby).clone();
            return result;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

单例的破坏

如果克隆的目标对象是单例对象，深克隆就会破坏单例。

解决方案：禁止深克隆。

1.让单例类不实现Cloneable接口

2.重写clone方法，在clone方法中返回单例对象即可

@Data
@ToString
public class ConcretePrototype implements Cloneable {
    private static  ConcretePrototype instance = new ConcretePrototype();
    private ConcretePrototype(){}
    public static ConcretePrototype getInstance(){
        return instance;
    }
    @Override
    public ConcretePrototype clone() {
       return instance;
    }
}

到此这篇关于一文带你了解Java创建型设计模式之原型模式的文章就介绍到这了,更多相关Java原型模式内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！