设计模式五: 原型模式(Prototype)

设计模式五: 原型模式(Prototype) 简介

原型模式是属于创建型模式的一种,是通过拷贝原型对象来创建新的对象.

万能的Java超类Object提供了clone()方法来实现对象的拷贝.

可以在以下场景中使用原型模式:

构造函数创建对象成本太大(性能或安全成本)

要保存对象的状态, 且状态变化较小, 不会过多占用内存时(状态变化较大的使用状态模式会更合适)

意图

使用原型实例指定要创建的对象类型,并通过拷贝这个原型来创建新对象。

类图

实现

一. 浅拷贝和深拷贝的概念

Object.clone()方法实现的是对象的浅拷贝, 所谓浅拷贝就是当对象中有复杂引用类型的域变量时, 只拷贝该域变量的引用而不是内容, 当有任一方法修改域变量的状态时会同时影响原型对象及拷贝对象, 实际上他们共用了同一个堆内存. 深拷贝创建的对象即是对原对象的完全拷贝,对任一对象的操作不会影响其他对象的状态.

java中提供了Cloneable接口, 约定实现接口Cloneable且重写Object.clone()方法的类可以用来拷贝自身. Cloneable是一个标记接口, 其中没有定义任何方法.

二. 下面的代码演示了使用clone()方法实现的深拷贝,这种方式更适合用于比较简单的对象,否则clone()方法的实现可能会变得异常复杂.

import lombok.AllArgsConstructor; import lombok.Data; @Data @AllArgsConstructor public class CarProperty implements Cloneable { private String power; private double maxSpeed; private double oilPerKm; public Object clone(){ Object obj = null; try { obj = super.clone(); } catch (CloneNotSupportedException e) { e.printStackTrace(); } return obj; } } import lombok.AllArgsConstructor; import lombok.Data; @Data @AllArgsConstructor public class Car implements Cloneable { private String brand; private double price; private CarProperty carProperty; /** * 深拷贝在此实现,对于复杂的应用类型, 这里的代码可能会相当复杂,如果类有修改(新增成员变量等),这里也需要相应修改 * @return */ public Object clone(){ Object car = null; try { car = super.clone(); CarProperty carPropertyClone = (CarProperty)this.getCarProperty().clone(); ((Car)car).setCarProperty(carPropertyClone); } catch (CloneNotSupportedException e) { e.printStackTrace(); } return car; } public static void main(String[] args) { CarProperty carProperty = new CarProperty("8匹",250,30); Car car= new Car("BMW",200,carProperty); Car copy = (Car) car.clone(); System.out.println("copy最大速度为: "+copy.getCarProperty().getMaxSpeed()); System.out.println("原型最大速度为: "+car.getCarProperty().getMaxSpeed()); car.getCarProperty().setMaxSpeed(360); System.out.println("copy最大速度为: "+copy.getCarProperty().getMaxSpeed()); System.out.println("原型最大速度为: "+car.getCarProperty().getMaxSpeed()); } }

三. 深拷贝的其他实现方式: 除了上面的方法,还可以使用反射机制创建对象的深拷贝, 另外一种更简单的方式是使用序列化;
下面的代码使用序列化方式实现对象的深拷贝,需实现Serializable接口.

import java.io.*; public class DeepCloneBase implements Serializable { public Object deepClone() { ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = null; ObjectOutputStream objectOutputStream = null; ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = null; ObjectInputStream objectInputStream = null; try { byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream(); objectOutputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream); objectOutputStream.writeObject(this); byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray()); objectInputStream = new ObjectInputStream(byteArrayInputStream); return objectInputStream.readObject(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { try { byteArrayOutputStream.close(); objectOutputStream.close(); byteArrayInputStream.close(); objectInputStream.close(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } return null; } } import lombok.AllArgsConstructor; import lombok.Data; import java.io.Serializable; @Data @AllArgsConstructor public class MyCar extends DeepCloneBase { private String brand; private double price; private CarProperty carProperty; public static void main(String[] args) throws Exception{ // 注意CarProperty也需要实现Serializable接口,代码不再单独列出 CarProperty carProperty = new CarProperty("8匹",250,30); MyCar car= new MyCar("BMW",200,carProperty); MyCar copy = (MyCar)car.deepClone(); if (copy!=null){ System.out.println("copy最大速度为: "+copy.getCarProperty().getMaxSpeed()); System.out.println("原型最大速度为: "+car.getCarProperty().getMaxSpeed()); car.getCarProperty().setMaxSpeed(360); System.out.println("copy最大速度为: "+copy.getCarProperty().getMaxSpeed()); System.out.println("原型最大速度为: "+car.getCarProperty().getMaxSpeed()); }else{ System.out.println("对象没拷贝成功...."); } } } 总结