06-创建型模式【原型模式】

1 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。

2 传统方式解决克隆羊问题

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //传统的方法。直接重复创建多次。
        Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
        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);
    }
}

class Sheep {
    private String name;
    private int age;
    private String color;

    public Sheep(String name, int age, String color) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
    }

    ... 此处省略get/set/toString 方法。
}

3 传统的方式的优缺点

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
4. 改进的思路分析
   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。

4 原型模式-基本介绍

1. 原型模式(Prototype 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
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。

5 原型模式原理结构图-uml 类图

原理结构图说明：

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(属性一样）。

6 原型模式解决克隆羊问题的应用实例

使用原型模式改进传统方式，让程序具有更高的效率和扩展性。

代码实现：

public class Sheep implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;
    private String color;

    private String address = "蒙古羊";
    /**
     * 是对象, 克隆是会如何处理, 默认是浅拷贝。
     * 其实克隆前后的对象都是指向的同一个对象，复制的是内存地址。
     * 如果一个对象修改其成员变量会影响另外一个成员变量
     */
    public Sheep friend;

    public Sheep(String name, int age, String color) {
        super();
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
    }

    // 省略get/set/toString

    @Override
    public String toString() {
        return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", " +
                "color=" + color + ", address=" + address + "]";
    }

    //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());
        }
        return sheep;
    }

}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("原型模式完成对象的创建");
        Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");

        sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");

        // 用 clone 方法代替 直接重复 new 创建
        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());
    }
}

7 原型模式在 Spring 框架中源码分析

1. Spring 中原型 bean 的创建，就是原型模式的应用
2. 代码分析+Debug 源码
   

8 深入讨论-浅拷贝和深拷贝

8.1 浅拷贝的介绍

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，也就是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. 前面我们克隆羊就是浅拷贝。
4. 浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现
   sheep = (Sheep) super.clone();

8.2 深拷贝基本介绍

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(包括对象的引用类型)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(推荐)

8.3 深拷贝应用实例

1. 使用重写 clone 方法实现深拷贝
2. 使用序列化来实现深拷贝
3. 代码演示：

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();
    }
}

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

    public DeepProtoType() {
        super();
    }

    // 深拷贝 - 方式 1  使用 clone 方法
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Object deep;
        //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);
            //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 copyObj = (DeepProtoType) ois.readObject();
            return copyObj;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        } finally {
            try {
                //关闭流
                bos.close();
                oos.close();
                bis.close();
                ois.close();
            } catch (Exception e2) {
                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");

        //方式 1  完成深拷贝
        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());

        //方式 2  完成深拷贝
        DeepProtoType p3 = (DeepProtoType) p.deepClone();
        System.out.println("p.name=" + p.name + "  p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println("p3.name=" + p.name + "  p3.deepCloneableTarget=" + p3.deepCloneableTarget.hashCode());
    }
}

9 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，这点需要注意。