设计模式 原型模式

心之语歌2024-08-19 15:43
原型模式介绍

定义: 原型模式(Prototype Design Pattern)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对象相同的新对象。

原型模式主要解决的问题

如果创建对象的成本比较大,比如对象中的数据是经过复杂计算才能得到,或者需要从RPC接口或者数据库等比较慢的IO中获取,这种情况我们就可以使用原型模式,从其他已有的对象中进行拷贝,而不是每次都创建新对象,进行一些耗时的操作.

原型模式的优点

性能好，基于内存二进制流拷贝，比直接new 一个对象性能上提升许多。

可以使用深克隆方式保存对象的状态 ，使用原型模式将对象复制一份并将其状态保存起来，简化了创建过程

原型模式的缺点

实现原型模式需要自身实现克隆功能，增加对象设计的复杂性， 而且浅拷贝深拷贝问题会导致对象之间引用共享， 对于大量数据，克隆会消耗更多的资源， 对象暴露给外部方法，破坏封装性

浅克隆

浅克隆 通过 clone 创建一个与源对象完全相同的对象信息，对于基本值类型按值信息拷贝过去，对于对象类型采用会指向原有对象信息引用原有内存地址

实现了Cloneable接口，以指示Object.clone()方法，该方法对该类的实例进行逐个字段的复制是合法的。

在没有实现Cloneable接口的实例上调用Object的clonze方法将导致抛出CloneNotSupportedException异常。

按照约定，实现这个接口的类应该覆盖Object。使用公共方法克隆(受保护的)。有关重写此方法的详细信息，请参阅Object.clone()。

注意，这个接口不包含clone方法。因此，不可能仅仅因为对象实现了这个接口就克隆它。即使以反射方式调用clone方法，也不能保证它一定会成功。

如果不实现Cloneable接口，会抛出CloneNotSupportedException异常。

java 复制代码 
public class Demo1Prototype implements Cloneable{
    private  String name;
    private String age;

    private  Demo2Prototype prototype;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(String age) {
        this.age = age;
    }

    public Demo2Prototype getPrototype() {
        return prototype;
    }

    public void setPrototype(Demo2Prototype prototype) {
        this.prototype = prototype;
    }

    @Override
    public Demo1Prototype clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Demo1Prototype) super.clone();
    }
}

public class Demo2Prototype {
    private  String test;

    public String getTest() {
        return test;
    }

    public void setTest(String test) {
        this.test = test;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Demo1Prototype demo1Prototype = new Demo1Prototype();
        demo1Prototype.setAge("13");
        demo1Prototype.setName("张三");
        Demo2Prototype demo2Prototype = new Demo2Prototype();
        demo2Prototype.setTest("test");
        demo1Prototype.setPrototype(demo2Prototype);
        System.out.println(demo1Prototype.toString() + demo1Prototype.getAge() + demo1Prototype.getName() + demo1Prototype.getPrototype().getTest());
        Demo1Prototype clone = demo1Prototype.clone();
        clone.setAge("12");
        Demo2Prototype prototype = clone.getPrototype();
        prototype.setTest("test2");
        System.out.println(clone.toString() + clone.getAge() + clone.getName() + prototype.getTest());
        System.out.println(demo1Prototype.toString() + demo1Prototype.getAge() + demo1Prototype.getName()  + demo1Prototype.getPrototype().getTest());
    }
}

# 输出信息
PrototypeModel.Demo1Prototype@3b07d32913张三test
PrototypeModel.Demo1Prototype@4162934612张三test2
PrototypeModel.Demo1Prototype@3b07d32913张三test2
深克隆

上面引用对象重复的问题，我们只要对引用对象同样进行clone() 方法的再次调用就可以避免创建重复的对象信息

java 复制代码 
public class Demo1Prototype implements Cloneable{
    private  String name;
    private String age;

    private  Demo2Prototype prototype;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(String age) {
        this.age = age;
    }

    public Demo2Prototype getPrototype() {
        return prototype;
    }

    public void setPrototype(Demo2Prototype prototype) {
        this.prototype = prototype;
    }

    @Override
    public Demo1Prototype clone() throws CloneNotSupportedException {
        Demo1Prototype prototype1 = (Demo1Prototype) super.clone();
        Demo2Prototype clone = prototype1.getPrototype().clone();
        prototype1.setPrototype(clone);
        return prototype1;
    }
}

public class Demo2Prototype implements Cloneable{
    private  String test;

    public String getTest() {
        return test;
    }

    public void setTest(String test) {
        this.test = test;
    }

    @Override
    public Demo2Prototype clone() throws CloneNotSupportedException{
            return (Demo2Prototype) super.clone();
    }
}

# 输出信息
Demo1Prototype demo1Prototype = new Demo1Prototype();
demo1Prototype.setAge("13");
demo1Prototype.setName("张三");
Demo2Prototype demo2Prototype = new Demo2Prototype();
demo2Prototype.setTest("test");
demo1Prototype.setPrototype(demo2Prototype);
System.out.println(demo1Prototype.toString() + demo1Prototype.getAge() + demo1Prototype.getName() + demo1Prototype.getPrototype().getTest());
Demo1Prototype clone = demo1Prototype.clone();
Demo2Prototype prototype = clone.getPrototype();
prototype.setTest("test2");
System.out.println(clone == demo1Prototype);
System.out.println(clone.toString() + clone.getAge() + clone.getName() + prototype.getTest());
System.out.println(demo1Prototype.toString() + demo1Prototype.getAge() + demo1Prototype.getName()  + demo1Prototype.getPrototype().getTest());

或者通过序列化的方式去实现

Serializable接口是启用其序列化功能的接口。实现java.io.Serializable 接口的类是可序列化的。没有实现此接口的类将不能使它们的任意状态被序列化或逆序列化。

序列化是将对象状态转换为可保持或传输的格式的过程。与序列化相对的是反序列化，它将流转换为对象。这两个过程结合起来，可以轻松地存储和传输数据。

java 复制代码 
import java.io.Serializable;

public class Demo1Prototype implements Serializable,Cloneable{
    private  String name;
    private String age;

    private  Demo2Prototype prototype;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(String age) {
        this.age = age;
    }

    public Demo2Prototype getPrototype() {
        return prototype;
    }

    public void setPrototype(Demo2Prototype prototype) {
        this.prototype = prototype;
    }

    @Override
    public Demo1Prototype clone() throws CloneNotSupportedException {
        Demo1Prototype prototype1 = (Demo1Prototype) super.clone();
        return prototype1;
    }
}


import java.io.Serializable;

public class Demo2Prototype implements Serializable {
    private  String test;

    public String getTest() {
        return test;
    }

    public void setTest(String test) {
        this.test = test;
    }

}

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Demo1Prototype demo1Prototype = new Demo1Prototype();
        demo1Prototype.setAge("13");
        demo1Prototype.setName("张三");
        Demo2Prototype demo2Prototype = new Demo2Prototype();
        demo2Prototype.setTest("test");
        demo1Prototype.setPrototype(demo2Prototype);
        System.out.println(demo1Prototype.toString() + demo1Prototype.getAge() + demo1Prototype.getName() + demo1Prototype.getPrototype().getTest());
        Demo1Prototype clone = null;
        try (ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
                ObjectOutputStream obs = new ObjectOutputStream(out)){
            obs.writeObject(demo1Prototype);
            //分配内存，写入原始对象，生成新对象
            ByteArrayInputStream ios = new ByteArrayInputStream(out.toByteArray());
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(ios);
            clone = (Demo1Prototype)ois.readObject();
            ois.close();
        } catch (Exception ex){

        }
        Demo2Prototype prototype = clone.getPrototype();
        prototype.setTest("test2");
        System.out.println(clone.toString() + clone.getAge() + clone.getName() + prototype.getTest());
        System.out.println(demo1Prototype.toString() + demo1Prototype.getAge() + demo1Prototype.getName()  + demo1Prototype.getPrototype().getTest());
    }
}

# 执行结果
PrototypeModel.Demo1Prototype@3b07d32913张三test
PrototypeModel.Demo1Prototype@759ebb3d13张三test2
PrototypeModel.Demo1Prototype@3b07d32913张三test

浅拷贝只能在简单值之间使用， 为避免问题尽量采用深拷贝的方式

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