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设计模式：原型模式解决对象创建成本大问题

news 2025/6/26 10:59:14

一、问题场景
现在有一只猫tom，姓名为: tom, 年龄为：1，颜色为：白色，请编写程序创建和tom猫属性完全相同的10只猫。

二、传统解决方案

public class Cat {private String name;private int age;private String color;public Cat(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;}@Overridepublic String toString() {return "Cat [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + "]";}
} 
public class Client {public static void main(String[] args) {// TODO Auto-generated method stub        // 传统的方法      Cat sheep = new Cat("tom", 1, "白色");Cat sheep2 = new Cat(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());Cat sheep3 = new Cat(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());Cat sheep4 = new Cat(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());Cat sheep5 = new Cat(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); //...  } 
}

三、传统方案分析
传统的方式的优缺点

优点是比较好理解，简单易操作。
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
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
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

四、原型模式
1、定义

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
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
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()
形象的理解：孙大圣拔出猴毛，变出其它孙大圣

2、结构图
在这里插入图片描述

Prototype : 原型类，声明一个克隆自己的接口
ConcretePrototype: 具体的原型类, 实现一个克隆自己的操作
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)

3、改进方案

public class Cat implements Cloneable {private String name;private int age;private String color;private String address = "南京猫";public Cat friend;//是对象，克隆是会如何处理public Cat(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;}@Overridepublic String toString() {return "Cat [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + ", address=" + address + "]";}//克隆该实例，使用默认的clone方法来完成@Overrideprotected Object clone() {Cat cat = null;try {cat = (Cat) super.clone();} catch (Exception e) { // TODO: handle exception System.out.println(e.getMessage()); }     // TODO Auto-generated method stubreturn cat;}      
}
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 stubCat cat = new Cat("tom", 1, "白色");cat.friend = new Cat("jack", 2, "黑色");Cat cat2 = (Cat) cat.clone();//克隆Cat cat3 = (Cat)cat.clone();//克隆Cat cat4 = (Cat)cat.clone();//克隆Cat cat5 = (Cat)cat.clone();//克隆System.out.println("cat2 =" + cat2 + "cat2.friend=" + cat2.friend.hashCode());System.out.println("cat3 =" + cat3 + "cat3.friend=" + cat3.friend.hashCode());System.out.println("cat4 =" + cat4 + "cat4.friend=" + cat4.friend.hashCode());System.out.println("cat5 =" + cat5 + "cat5.friend=" + cat5.friend.hashCode());}
}

4、两种实现

（1）浅拷贝

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。

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

前面我们克隆猫就是浅拷贝
浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现 cat = (Cat) super.clone();

（2）深拷贝

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

5、深拷贝实现

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@Overrideprotected 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();// TODO Auto-generated method stubreturn 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) {// TODO: handle exceptione.printStackTrace();return null;} finally {//关闭流try {bos.close();oos.close();bis.close();ois.close();} catch (Exception e2) {// TODO: handle exceptionSystem.out.println(e2.getMessage());}}}}
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@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}
}public static void main(String[] args) throws Exception {// TODO Auto-generated method stubDeepProtoType 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 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());}}