原型模式

原型模式属于创建型设计模式

定义: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

原型模式通过克隆一个已经存在的对象实例来返回新的实例,而不是通过new去创建对象,多用于创建复杂的或者耗时的实例,因为这种情况下,复制一个已经存在的实例使程序运行更高效;

java中复制对象是通过重写clone()实现的,原型类需要实现Cloneable接口,否则报CloneNotSupportedException异常

模式类图

角色

  1. 抽象原型:Prototype,可以为接口或者抽象类,实现了Cloneable接口,重写了clone()方法,子类只需实现或集成即可拥有克隆功能
  2. 具体原型:PrototypeA,PrototypeB,实现/集成了Prototype接口的类,拥有克隆方法
  3. 工厂模式:原型模式常和工厂模式一起使用,通过 clone 的方法创建一个对象,然后由工厂方法提供给调用者

优点

  1. 性能优良,比new一个对象性能好很多
  2. 不受对象构造函数的约束

模式代码实现

源码地址:https://github.com/mingyuHub/design-patterns

以获取笔对象为例子,结合工厂模式讲解如何使用原型模式,涉及的类:Pen(抽象类),Pencil(铅笔),CarbonPen(碳素笔),PenFactory(工厂类)

抽象原型

抽象类,实现了Cloneable接口,重写了clone()方法

/**
 * @author: chenmingyu
 * @date: 2019/2/28 09:54
 * @description: 抽象原型角色
 */
@Data
public abstract class Pen implements Cloneable{

    private String name;

    public Pen(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}
具体原型

Pencil,继承Pen

/**
 * @author: chenmingyu
 * @date: 2019/2/28 11:27
 * @description: 铅笔
 */
public class Pencil extends Pen{

    public Pencil(String name) {
        super(name);
    }
}

CarbonPen,继承了`Pen

/**
 * @author: chenmingyu
 * @date: 2019/2/28 11:29
 * @description: 碳素笔
 */
public class CarbonPen extends  Pen{

    public CarbonPen(String name) {
        super(name);
    }
}
工厂类

简单工厂实现

/**
 * @author: chenmingyu
 * @date: 2019/2/28 11:32
 * @description: 笔生产工厂
 */
public class PenFactory {

    /**
     * 原型类容器
     */
    private static Map<String, Pen> penMap = new Hashtable<>();

    /**
     * 初始化
     */
    public static void init() {
        Pen carbonPen = new CarbonPen("碳素笔");
        penMap.put(CarbonPen.class.getName(),carbonPen);
        Pen pencil = new Pencil("铅笔");
        penMap.put(Pencil.class.getName(),pencil);
    }

    /**
     * 通过复制获取实例
     * @param className
     * @return
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    public static Pen getPen(Class className) throws CloneNotSupportedException{
        Pen cachedShape = penMap.get(className.getName());
        return (Pen) cachedShape.clone();
    }

}
验证
public static void main(String[] args){
        PenFactory.init();
        IntStream.range(0,2).forEach(i->{
            try {
                System.out.println(PenFactory.getPen(CarbonPen.class).getClass());
                System.out.println(PenFactory.getPen(Pencil.class).getClass());
                System.out.println("  ... ");
            }catch (CloneNotSupportedException e){
                e.printStackTrace();
            }
        });
    }

输出

class com.example.design.prototype.CarbonPen
class com.example.design.prototype.Pencil
  ... 
class com.example.design.prototype.CarbonPen
class com.example.design.prototype.Pencil
  ... 

浅拷贝和深拷贝

浅拷贝:将一个对象复制后,基本类型会被重新创建,引用类型的对象会把引用拷贝过去,实际上还是指向的同一个对象

深拷贝:将一个对象复制后,基本类型和引用类型的对象都会被重新创建

浅拷贝

举个例子

/**
 * @author: chenmingyu
 * @date: 2019/2/28 14:53
 * @description: 克隆
 */
@Data
public class Clone implements Cloneable{

    private CloneA CloneA;

    public Clone() {
        this.CloneA = new CloneA();
    }

    @Override
    protected Clone clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Clone) super.clone();
    }

    class CloneA{
    }
}

验证

public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException{

    Clone clone = new Clone();
    Clone clone1 = clone.clone();
    System.out.println(clone == clone1);
    System.out.println(clone.getCloneA() == clone1.getCloneA());
}

输出

false    
true

所以clone()方法是执行的浅拷贝,这个需要在写代码的时候注意一下,浅拷贝是否可以满足需求

深拷贝

深拷贝的实现方案主要有两种

  1. 引用类型也使用clone(),进行clone的时候,对引用类型在调用一次clone()方法
  2. 使用序列化,将对象序列化后在反序列化回来,得到新的对象实例

使用序列化实现以下

/**
 * @author: chenmingyu
 * @date: 2019/2/28 14:53
 * @description: 浅克隆
 */
@Data
public class Clone implements Cloneable ,Serializable {

    private CloneA CloneA;

    public Clone() {
        this.CloneA = new CloneA();
    }

    @Override
    protected Clone clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Clone) super.clone();
    }

    /**
     * 深拷贝
     * @return
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    protected Clone deepClone() throws CloneNotSupportedException {
        Clone clone = null;
        try{
            ByteArrayOutputStream baos=new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream oos=new ObjectOutputStream(baos);
            oos.writeObject(this);
            oos.close();
            ByteArrayInputStream bais=new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray());
            ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(bais);
            //生成新的对象实例
            clone=(Clone)ois.readObject();
            ois.close();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        return clone;
    }

    class CloneA implements Serializable{
    }
}

验证

public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException{

    Clone clone = new Clone();
    Clone clone1 = clone.deepClone();
    System.out.println(clone == clone1);
    System.out.println(clone.getCloneA() == clone1.getCloneA());
}

输出

false    
false

在使用原型模式的时候一定要理解什么是浅拷贝和深拷贝,才可以放心的使用原型模式,并且一般都会和工厂模式一起使用

推荐阅读:23种设计模式详解