【创建型模式】原型模式

一、原型模式概述

        原型（Prototype）模式的定义：用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象。在这里，原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效，根本无须知道对象创建的细节。(对象创建型)

  •  工作原理：
    • 将一个原型对象传给要发动创建的对象(即客户端对象)，这个要发动创建的对象通过请求原型对象复制自己来实现创建过程。
    • 创建新对象(也称克隆对象)的工厂就是原型类自身，工厂方法由负责复制原型对象的克隆方法来实现。
    • 通过克隆方法所创建的对象是全新的对象，它们在内存中拥有新的地址，每个克隆对象都是独立的。
    • 通过不同的方式对克隆对象进行修改以后，可以得到一系列相似但不完全相同的对象。
  • 浅克隆与深克隆：
    • 浅克隆：当原型对象被复制时，只复制它本身和其中包含的值类型的成员变量，而引用类型的成员变量并没有复制。
    • ​深克隆：除了对象本身被复制外，对象所包含的所有成员变量也将被复制。
  • 原型管理器：
    • 将多个原型对象存储在一个集合中提供客户端使用，它是一个专门负责克隆对象的工厂，其中定义了一个集合用于存储原型对象，如果需要某个原型对象的一个克隆，可以通过复制集合中对应的原型对象来获得。
  • 原型模式的优缺点：
    • 优点：
      • 1.简化对象的创建过程，通过复制一个已有实例可以提高新实例的创建效率；
      • 2.扩展性好；
      • 3.提供了简化的创建结构，原型模式中的产品的复制时通过封装在原型类中的克隆方法实现的，无须专门的工厂类来创建产品；
      • 4.可以使用深克隆的方式保存对象的状态，以便在需要的时候使用，可辅助实现撤销操作。
    • 缺点：
      • 1.需要为每一个类配备一个克隆方法，而且该克隆方法位于一个类的内部，当已有对象的类进行改造时们需要修改源代码，违背了开闭原则；
      • 2.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的嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应得类都必须支持深克隆，实现起来可能会比较麻烦。
  • 适用环境：
    • 1.创建新对象成本比较大，新对象可以通过复制已有对象来获得，如果相似对象，则可以对其成员变量稍作修改；
    • 2.系统要保存对象得状态，而对象得状态变化很小；
    • 3.需要便面使用分层次得工厂类来创建分层次得对象；
    • 4.ctrl+c->ctrl+v。

二、代码实现

        原型模式包含三个角色：

  • 访问类(客户类)：提出创建对象的请求，使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。
  • 抽象原型(Prototype)角色：此角色定义了的具体原型类所需的实现的方法。也就是定义一个文件，说明一下它有被克隆复制的功能。
  • 具体原型(Concrete Prototype)角色：实现抽象原型角色的克隆接口。就是我们的文件实现了可以被复制的功能。

        我们会发现其实原型模式的核心就是Prototype（抽象原型），他需要继承Cloneable接口，并且重写Object类中的clone方法才能有复制粘贴的功能。

2.1 demo

        2.1.1 抽象原型角色
package prototype.demo;
//抽象原型角色
public interface Prototype {
	public Prototype clone();
}
        2.1.2 具体原型角色
package prototype.demo;
//具体原型角色
public class ConcretePrototype implements Prototype{
	private int dataInt=1;
	private A dataA=new A();
	public String toString() {
		return "ConcretePrototype"+"["+",dataInt"+dataInt
				+",dataA_address="+dataA
				+",dataA="+dataA.getChar_a()+
	"]";
	}
	public int getDataInt() {
		return dataInt;
	}
	public void setDataInt(int dataInt) {
		this.dataInt = dataInt;
	}
	public A getDataA() {
		return dataA;
	}
	public void setDataA(A dataA) {
		this.dataA = dataA;
	}
	//克隆方法 shallow
	public Prototype clone() {
		ConcretePrototype copy=new ConcretePrototype();
		copy.setDataInt(this.getDataInt());
		copy.setDataA(this.getDataA());
		return copy;
	}
	//克隆方法 deep
	public Prototype clone2() {
		ConcretePrototype copy=new ConcretePrototype();
		copy.setDataInt(this.getDataInt());
		A ta=new A();
		ta.setChar_a(this.getDataA().getChar_a());
		copy.setDataA(this.getDataA());
		return copy;
	}
	
}

package prototype.demo;
//封装的方法
public class A {
	char char_a;

	public char getChar_a() {
		return char_a;
	}

	public void setChar_a(char char_a) {
		this.char_a = char_a;
	}
	public A(char char_a) {
		super();
		this.char_a=char_a;
	}
	public A() {
		this.char_a='a';
	}
}
        2.1.3 main方法实现原型模式(Client)
package prototype.demo;

public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO 自动生成的方法存根
		/*ConcretePrototype p=new ConcretePrototype();
		ConcretePrototype copy=(ConcretePrototype) p.clone();
		ConcretePrototype copy2=(ConcretePrototype) p.clone();
		System.out.println(p.toString());
		System.out.println(copy.toString());
		System.out.println(copy2.toString());
		
		copy.setDataInt(2);
		A a=new A('b');
		copy.setDataA(a);
		System.out.println("-------------------------------");
		System.out.println(p.toString());
		System.out.println(copy.toString());
		System.out.println(copy2.toString());*/
		ConcretePrototype p=new ConcretePrototype();
		ConcretePrototype copy=(ConcretePrototype) p.clone2();
		ConcretePrototype copy2=(ConcretePrototype) p.clone2();
		System.out.println(p.toString());
		System.out.println(copy.toString());
		System.out.println(copy2.toString());
		
		copy.setDataInt(2);
		A a=new A('b');
		copy.setDataA(a);
		System.out.println("-------------------------------");
		System.out.println(p.toString());
		System.out.println(copy.toString());
		System.out.println(copy2.toString());
	}

}
        2.4 UML图

2.2 浅克隆

        2.2.1 抽象原型角色

        java.io.Serializable这个接口。

        2.2.2 具体原型角色
package prototype.deepclone;

import java.io.Serializable;
//实现了Serializable这个接口
public class Attachment implements Serializable{
	private String name;

	public String getName() {
		return name;
	}

	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public void download() {
		System.out.println("下载附件，文件名为："+name);
	}
}

package prototype.shallowclone;

public class WeeklyLog implements Cloneable{
	//简化设计，定义一个附件
	private Attachment attachment;
	private String name;
	private String date;
	private String content;
	public Attachment getAttachment() {
		return attachment;
	}
	public void setAttachment(Attachment attachment) {
		this.attachment = attachment;
	}
	public String getName() {
		return name;
	}
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public String getDate() {
		return date;
	}
	public void setDate(String date) {
		this.date = date;
	}
	public String getContent() {
		return content;
	}
	public void setContent(String content) {
		this.content = content;
	}
	//使用clone()方法实现浅克隆
	@Override
	protected WeeklyLog clone(){
		// TODO 自动生成的方法存根
		try {
			return (WeeklyLog)super.clone();
		} catch (CloneNotSupportedException e) {
			// TODO 自动生成的 catch 块
			e.printStackTrace();
			return null;
		}	
	}
	
}
        2.2.3 Client
package prototype.shallowclone;

public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO 自动生成的方法存根
		WeeklyLog obj=new WeeklyLog();
		Attachment att=new Attachment();
		att.setName("obj");
		obj.setAttachment(att);
		
		WeeklyLog copy=obj.clone();
		obj.getAttachment().download();
		copy.getAttachment().download();
	}

}

2.3 深克隆

        2.2.1 抽象原型角色

        java.io.Serializable这个接口。

        2.2.2 具体原型角色
package prototype.deepclone;

import java.io.Serializable;
//实现了Serializable这个接口
public class Attachment implements Serializable{
	private String name;

	public String getName() {
		return name;
	}

	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public void download() {
		System.out.println("下载附件，文件名为："+name);
	}
}

package prototype.deepclone;

import java.io.*;

public class WeeklyLog implements Serializable{
	//简化设计，定义一个附件
	private Attachment attachment;
	private String name;
	private String date;
	private String content;
	public Attachment getAttachment() {
		return attachment;
	}
	public void setAttachment(Attachment attachment) {
		this.attachment = attachment;
	}
	public String getName() {
		return name;
	}
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public String getDate() {
		return date;
	}
	public void setDate(String date) {
		this.date = date;
	}
	public String getContent() {
		return content;
	}
	public void setContent(String content) {
		this.content = content;
	}
	//使用序列化技术实现克隆
	protected WeeklyLog deepClone() throws IOException,ClassNotFoundException{
		// TODO 自动生成的方法存根
		//将对象写入流中
		ByteArrayOutputStream bao=new ByteArrayOutputStream();
		ObjectOutputStream oos=new ObjectOutputStream(bao);
		oos.writeObject(this);
		//将对象从流中取出
		ByteArrayInputStream bis=new ByteArrayInputStream(bao.toByteArray());
		ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(bis);
		return (WeeklyLog)ois.readObject();
	}
	
}
        2.2.3 Client
package prototype.deepclone;

public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO 自动生成的方法存根
		WeeklyLog log_previous,log_new=null;
		log_previous=new WeeklyLog();//创建原型对象
		Attachment attachment=new Attachment();//创建附件对象
		attachment.setName("aaa");
		log_previous.setAttachment(attachment);//将附件添加到周报中
		try {
			log_new=log_previous.deepClone();//调用深克隆方法
		}catch(Exception e) {
			System.out.println("克隆失败！");
		}
		//比较周报
		System.out.println("周报是否相同？"+(log_previous==log_new));
		//比较附件
		System.out.println("附件是否相同？"+(log_previous.getAttachment()==log_new.getAttachment()));
		log_previous.getAttachment().download();
		log_new.getAttachment().download();
		}

}

三、代码结构图

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