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
1）思路分析
2）代码演示
Sheep 羊类
package com.wenze.design.prototype.tradition;
/**
* 羊
*
* @author wenze
* @version 1.0
* @Date 2023-10-20 09:58:53
* @since 1.0
*/
public class Sheep {
private String name;
private Integer age;
private String color;
public Sheep(final String name, final Integer age, final String color) {
this.name = name;
this.age = age;
this.color = color;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(final String name) {
this.name = name;
}
public Integer getAge() {
return age;
}
public void setAge(final Integer age) {
this.age = age;
}
public String getColor() {
return color;
}
public void setColor(final String color) {
this.color = color;
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
", color='" + color + '\'' +
'}';
}
}
Client 客户端
package com.wenze.design.prototype.tradition;
/**
* 客户端
*
* @author wenze
* @version 1.0
* @Date 2023-10-20 10:00:02
* @since 1.0
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
final Sheep sheep1 = new Sheep("tom", 1, "白色");
final Sheep sheep2 = new Sheep(sheep1.getName(), sheep1.getAge(), sheep1.getColor());
final Sheep sheep3 = new Sheep(sheep1.getName(), sheep1.getAge(), sheep1.getColor());
final Sheep sheep4 = new Sheep(sheep1.getName(), sheep1.getAge(), sheep1.getColor());
final Sheep sheep5 = new Sheep(sheep1.getName(), sheep1.getAge(), sheep1.getColor());
// ......
System.out.println(sheep1);
System.out.println(sheep2);
System.out.println(sheep3);
System.out.println(sheep4);
System.out.println(sheep5);
// ......
}
}
3、传统方式的优缺点
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，而不是动态的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
4.1 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他们自己来实施创建，即 对象.clone()
4）形象的理解：孙大圣拔出猴毛，变出其他孙大圣
4.2 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）
4.3 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。
Sheep 羊类
package com.wenze.design.prototype.imporove;
/**
* 羊
*
* @author wenze
* @version 1.0
* @Date 2023-10-20 10:52:12
* @since 1.0
*/
public class Sheep implements Cloneable {
private String name;
private Integer age;
private String color;
public Sheep(final String name, final Integer age, final String color) {
this.name = name;
this.age = age;
this.color = color;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(final String name) {
this.name = name;
}
public Integer getAge() {
return age;
}
public void setAge(final Integer age) {
this.age = age;
}
public String getColor() {
return color;
}
public void setColor(final String color) {
this.color = color;
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep[name=" + name + ",age=" + age + ",color=" + color + "]";
}
// 克隆该实例，使用默认的克隆方法完成
@Override
protected Object clone() {
Sheep sheep = null;
try {
sheep = (Sheep) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
System.out.println("error : " + e.getMessage());
}
return sheep;
}
}
Client 客户端
package com.wenze.design.prototype.imporove;
/**
* 客户端
*
* @author wenze
* @version 1.0
* @Date 2023-10-20 10:55:37
* @since 1.0
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
Sheep sheep1 = (Sheep) sheep.clone();
Sheep sheep2 = (Sheep) sheep.clone();
Sheep sheep3 = (Sheep) sheep.clone();
Sheep sheep4 = (Sheep) sheep.clone();
System.out.println("sheep1 : " + sheep1);
System.out.println("sheep2 : " + sheep2);
System.out.println("sheep3 : " + sheep3);
System.out.println("sheep4 : " + sheep4);
}
}
5、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
Monster 类
package com.wenze.design.prototype.springCoding;
/**
* @author wenze
* @version 1.0
* @Date 2023-10-20 15:56:16
* @since 1.0
*/
public class Monster {
private Integer id = 10;
private String nickname = "牛魔王";
private String skill = "芭蕉扇";
public Monster() {
System.out.println("monster 创建");
}
public Monster(final Integer id, final String nickname, final String skill) {
this.id = id;
this.nickname = nickname;
this.skill = skill;
}
public Integer getId() {
return id;
}
public void setId(final Integer id) {
this.id = id;
}
public String getNickname() {
return nickname;
}
public void setNickname(final String nickname) {
this.nickname = nickname;
}
public String getSkill() {
return skill;
}
public void setSkill(final String skill) {
this.skill = skill;
}
@Override
public String toString() {
return "Monster{" +
"id=" + id +
", nickname='" + nickname + '\'' +
", skill='" + skill + '\'' +
'}';
}
}
beans.xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
https://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">
<!-- 这里我们的 scope="prototype" 即 原型模式来创建 -->
<bean id="id01" class="com.wenze.design.prototype.springCoding.Monster"
scope="prototype"/>
</beans>
PrototypeTest 测试类
package com.wenze.design.prototype.springCoding;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext;
/**
* 测试类
*
* @author wenze
* @version 1.0
* @Date 2023-10-20 16:07:59
* @since 1.0
*/
public class PrototypeTest {
public static void main(String[] args) {
ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("beans.xml");
// 获取 monster [通过id获取 monster]
Object bean = applicationContext.getBean("id01");
System.out.println("bean: " + bean);
}
}
6、深入讨论——浅拷贝和深拷贝
6.1 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();
6.2 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）
代码：
DeepCloneTarget
package com.wenze.design.prototype.deepClone;
import java.io.Serial;
import java.io.Serializable;
/**
* 深拷贝克隆类
*
* @author wenze
* @version 1.0
* @Date 2023-10-20 16:29:04
* @since 1.0
*/
public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable {
@Serial
private static final long serialVersionUID = 1L;
private String cloneName;
private String cloneClass;
public DeepCloneableTarget(final String cloneName, final String cloneClass) {
this.cloneName = cloneName;
this.cloneClass = cloneClass;
}
@Override
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
DeepPrototype
package com.wenze.design.prototype.deepClone;
import java.io.*;
/**
* 深拷贝原型
*
* @author wenze
* @version 1.0
* @Date 2023-10-20 16:32:52
* @since 1.0
*/
public class DeepPrototype implements Serializable, Cloneable {
public String name;
public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;
public DeepPrototype() {
}
/**
* 深拷贝-方式 1：使用 clone 方法
*/
@Override
protected 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();
return deepPrototype;
}
/**
* 深拷贝-方式 2：通过对象的序列化实现（推荐）
*/
public DeepPrototype 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);
return (DeepPrototype) ois.readObject();
} catch (Exception e) {
System.out.println("error: " + e.getMessage());
return null;
} finally {
// 关闭流
try {
if (null != bos) {
bos.close();
}
if (null != oos) {
oos.close();
}
if (null != bis) {
bis.close();
}
if (null != ois) {
ois.close();
}
} catch (Exception e) {
System.out.println("error: " + e.getMessage());
}
}
}
}
Client
package com.wenze.design.prototype.deepClone;
/**
* @author wenze
* @version 1.0
* @Date 2023-10-20 17:09:11
* @since 1.0
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) throws Exception {
final DeepPrototype deepPrototype = new DeepPrototype();
deepPrototype.name = "宋江";
deepPrototype.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "大牛的类");
// 方式 1 完成 深拷贝
DeepPrototype deepPrototype1 = (DeepPrototype) deepPrototype.clone();
System.out.println("deepPrototype.name=" + deepPrototype.name + " deepPrototype.deepCloneableTarget=" + deepPrototype.deepCloneableTarget.hashCode());
System.out.println("deepPrototype1.name=" + deepPrototype1.name + " deepPrototype1.deepCloneableTarget=" + deepPrototype1.deepCloneableTarget.hashCode());
// 方式 2 完成 深拷贝
final DeepPrototype deepPrototype2 = deepPrototype.deepClone();
System.out.println("deepPrototype.name=" + deepPrototype.name + " deepPrototype.deepCloneableTarget=" + deepPrototype.deepCloneableTarget.hashCode());
System.out.println("deepPrototype2.name=" + deepPrototype2.name + " deepPrototype2.deepCloneableTarget=" + deepPrototype2.deepCloneableTarget.hashCode());
}
}
7、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，而是动态的获得对象运行时状态
3）如果原始对象发生变化（增加或者减少属性），其他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，这点请注意。
