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关于java:设计模式笔记原型模式

jiezi

1. 原型模式

1.1 案例问题引入

克隆羊问题
当初有一只羊 tom，姓名为: tom, 年龄为：1，色彩为：红色，请编写程序创立和 tom 羊属性完全相同的 10 只羊。

1.2 传统形式解决克隆羊问题

(1)思路剖析

(2) 代码示例

public class Client {public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        // 传统的办法
        Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "红色");
        
        Sheep sheep2 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        Sheep sheep3 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        Sheep sheep4 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        Sheep sheep5 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        //....
        
        System.out.println(sheep);
        System.out.println(sheep2);
        System.out.println(sheep3);
        System.out.println(sheep4);
        System.out.println(sheep5);
        //...
    }

}

public class Sheep {
    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 + "]";
    }
}

1.3 传统的形式的优缺点

(1) 长处是比拟好了解，简略易操作。

(2) 在创立新的对象时，总是须要从新获取原始对象的属性，如果创立的对象比较复杂时，效率较低
(3) 总是须要从新初始化对象，而不是动静地取得对象运行时的状态, 不够灵便
(4) 改良的思路剖析:
思路:
Java 中 Object 类是所有类的根类，Object 类提供了一个 clone()办法，该办法能够将一个 Java 对象复制一份，然而须要实现 clone 的 Java 类必须要实现一个接口 Cloneable，该接口示意该类可能复制且具备复制的能力，这就是原型模式

1.4 原型模式的根本介绍
原型模式 (Prototype 模式) 是指：用原型实例指定创建对象的品种，并且通过拷贝这些原型，创立新的对象, 原型模式是一种创立型设计模式，容许一个对象再创立另外一个可定制的对象，无需晓得如何创立的细节, 原型模式的工作原理是通过将一个原型对象传给那个要动员创立的对象，这个要动员创立的对象通过申请原型对象拷贝它们本人来施行创立，即对象.clone()
1.5 原型模式 UML 类图

原理结构图阐明
(1) Prototype : 原型类，申明一个克隆本人的接口
(2) ConcretePrototype: 具体的原型类, 实现一个克隆本人的操作(3) Client: 让一个原型对象克隆本人，从而创立一个新的对象(属性一样)

1.6 原型模式解决克隆羊问题的利用实例

应用原型模式改良传统形式，让程序具备更高的效率和扩展性。
代码示例:

public class Sheep implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;
    private String color;
    private String address = "蒙古羊";
    public Sheep friend; // 是对象, 克隆是会如何解决
    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 + ", address=" + address + "]";
    }
    // 克隆该实例，应用默认的 clone 办法来实现
    @Override
    protected Object clone()  {
        
        Sheep sheep = null;
        try {sheep = (Sheep)super.clone();} catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        // TODO Auto-generated method stub
        return sheep;
    }
    
}

测试代码

public class Client {public static void main(String[] args) {System.out.println("原型模式实现对象的创立");
        // TODO Auto-generated method stub
        Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "红色");
        
        sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "彩色");
        
        Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone(); // 克隆
        Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone(); // 克隆
        Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone(); // 克隆
        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());
    }

}

1.7 深刻探讨 - 浅拷贝和深拷贝

1.7.1 浅拷贝的介绍

(1) 对于数据类型是根本数据类型的成员变量，浅拷贝会间接进行值传递，也就是将该属性值复制一份给新的对象。
(2) 对于数据类型是援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，那么浅拷贝会进行援用传递，也就是只是将该成员变量的援用值（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。在这种状况下，在一个对象中批改该成员变量会影响到另一个对象的该成员变量值
(3) 后面克隆羊例子就是浅拷贝
(4) 浅拷贝是应用默认的 clone() 办法来实现 sheep = (Sheep) super.clone()

1.7.2 深拷贝根本介绍

(1) 复制对象的所有根本数据类型的成员变量值
(2) 为所有援用数据类型的成员变量申请存储空间，并复制每个援用数据类型成员变量所援用的对象，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) 深拷贝实现形式 1：重写 clone 办法来实现深拷贝
(4) 深拷贝实现形式 2：通过对象序列化实现深拷贝(举荐)

1.7.3 深拷贝利用实例

(1) 应用重写 clone 办法实现深拷贝
(2) 应用序列化来实现深拷贝
(3) 示例代码

public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable {
    
    /**
     * 
     */
    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private String cloneName;

    private String cloneClass;

    // 结构器
    public DeepCloneableTarget(String cloneName, String cloneClass) {
        this.cloneName = cloneName;
        this.cloneClass = cloneClass;
    }

    // 因为该类的属性，都是 String , 因而咱们这里应用默认的 clone 实现即可
    @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;// 援用类型
    public DeepProtoType() {super();
    }
    
    
    // 深拷贝 - 形式 1 应用 clone 办法
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        
        Object deep = null;
        // 这里实现对根本数据类型 (属性) 和 String 的克隆
        deep = super.clone(); 
        // 对援用类型的属性，进行独自解决
        DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep;
        deepProtoType.deepCloneableTarget  = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();
        
        // TODO Auto-generated method stub
        return deepProtoType;
    }
    
    // 深拷贝 - 形式 2 通过对象的序列化实现 (举荐)
    
    public Object deepClone() {
        
        // 创立流对象
        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); // 以后这个对象以对象流的形式输入
            
            // 反序列化
            bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ois = new ObjectInputStream(bis);
            DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType)ois.readObject();
            
            return copyObj;
            
        } catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
            e.printStackTrace();
            return null;
        } finally {
            // 敞开流
            try {bos.close();
                oos.close();
                bis.close();
                ois.close();} catch (Exception e2) {
                // TODO: handle exception
                System.out.println(e2.getMessage());
            }
        }
        
    }
    
}
public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {DeepProtoType p = new DeepProtoType();
        p.name = "宋江";
        p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛");
        
        // 形式 1 实现深拷贝
        
        DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.clone();
        
        System.out.println("p.name=" + p.name +   "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
    System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
    
        // 形式 2 实现深拷贝
        DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.deepClone();
        
        System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
    
    }
}

1.8 原型模式的注意事项和细节

(1) 创立新的对象比较复杂时，能够利用原型模式简化对象的创立过程，同时也可能提高效率
(2) 不必从新初始化对象，而是动静地取得对象运行时的状态
(3) 如果原始对象发生变化(减少或者缩小属性)，其它克隆对象的也会产生相应的变动，无需批改代码
(4) 在实现深克隆的时候可能须要比较复杂的代码
(5) 毛病：须要为每一个类装备一个克隆办法，这对全新的类来说不是很难，但对已有的类进行革新时，须要批改其源代码，违反了 ocp 准则

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