一、需求：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。
1. 传统方式解决克隆羊问题
1.1 思路分析(图解)
1.2 代码实现
public class Sheep {
private String name;
private int age;
private String color;
public Sheep(String name, int age, String color) {
this.name = name;
this.age = age;
this.color = color;
}
// 省略getter / setter
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//传统的方法
Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
Sheep sheep2 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
Sheep sheep3 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
Sheep sheep4 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
Sheep sheep5 = new Sheep(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);
// ....
}
}运行结果：
com.george.prototype.Sheep@1b6d3586 com.george.prototype.Sheep@4554617c com.george.prototype.Sheep@74a14482 com.george.prototype.Sheep@1540e19d com.george.prototype.Sheep@677327b6
1.3 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
1.4 改进的思路分析
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， 这实际上就引入了后面要说的：原型模式。
二、原型模式
1. 基本介绍
- 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()
2. 原型模式原理结构图-uml 类图
原理结构图说明
- 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. 原型模式解决克隆羊问题
3.1 代码如下
public class Sheep implements Cloneable{ // 实现Cloneable接口， 重写clone方法
private String name;
private int age;
private String color;
// 对象.clone() 操作是浅拷贝，对于引用类型的属性，仅复制引用地址。
public Sheep friend; // 这里添加了friend属性，属性值是一个引用类型
public Sheep(String name, int age, String color) {
this.name = name;
this.age = age;
this.color = color;
}
// 省略 getter / setter 方法
protected Sheep clone() {
Sheep sheep = null;
try {
sheep = (Sheep) super.clone();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return sheep;
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
System.out.println("原型模式完成对象的创建");
Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");
Sheep sheep2 = sheep.clone(); //克隆
Sheep sheep3 = sheep.clone(); //克隆
Sheep sheep4 = sheep.clone(); //克隆
Sheep sheep5 = sheep.clone(); //克隆
System.out.println("sheep2 =" + sheep2 + "sheep2.friend=" + sheep2.friend.hashCode());
System.out.println("sheep3 =" + sheep3 + "sheep3.friend=" + sheep3.friend.hashCode());
System.out.println("sheep4 =" + sheep4 + "sheep4.friend=" + sheep4.friend.hashCode());
System.out.println("sheep5 =" + sheep5 + "sheep5.friend=" + sheep5.friend.hashCode());
}
}运行结果：
原型模式完成对象的创建 sheep2 =com.george.prototype.improve.Sheep@1b6d3586sheep2.friend=1163157884 sheep3 =com.george.prototype.improve.Sheep@74a14482sheep3.friend=1163157884 sheep4 =com.george.prototype.improve.Sheep@1540e19dsheep4.friend=1163157884 sheep5 =com.george.prototype.improve.Sheep@677327b6sheep5.friend=1163157884
3.2 解析
- 通过对象实现Cloneable接口， 重写clone方法的形式，是原型模式的具体体现， 在对象较为复杂的情况下效率更高且无需暴露对象的实现细节。
- 需要注意的是，这里的Sheep对象添加了引用类型的属性friend，而使用clone() 方法复制对象时，并不会完全复制引用类型的属性，仅仅复制了它的引用地址值。所以通过Cloneable复制对象的操作仅是 浅拷贝 。
三、原型模式在 Spring 中的应用
场景一：用户请求的处理
假设你有一个Web应用，其中每个用户请求需要一个独立的处理器（例如，RequestProcessor）来处理。由于每个请求可能包含不同的数据和处理逻辑，使用原型Bean可以为每个请求提供一个新的处理器实例，从而避免了由于实例之间的数据共享所带来的潜在冲突或安全问题。
public class RequestProcessor { // 请求处理逻辑 }场景二：多线程任务
在执行多线程任务时，如果任务对象包含了任务执行状态，使用原型Bean可以为每个任务提供一个独立的实例。这样，即使任务是并行执行的，任务间也不会相互干扰，因为它们各自操作自己状态的独立副本。
public class Task implements Runnable { // 实现Runnable接口的任务逻辑 }
四、浅拷贝与深拷贝
1. 浅拷贝的介绍
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
前面我们克隆羊就是浅拷贝
浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现
sheep = (Sheep) super.clone();
2. 深拷贝基本介绍
- 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(包括对象的引用类型)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)
3. 深拷贝应用实例
3.1 方式一：重写 clone() 方法
public class SheepFriend implements Cloneable {
private String name;
private int age;
private String color;
public SheepFriend(String name, int age, String color) {
this.name = name;
this.age = age;
this.color = color;
}
// 省略 getter / setter 方法
protected SheepFriend clone() {
SheepFriend friend = null;
try {
friend = (SheepFriend) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
return friend;
}
}
public class Sheep implements Cloneable{ // 实现Cloneable接口， 重写clone方法
private String name;
private int age;
private String color;
// 对象.clone() 操作是浅拷贝，对于引用类型的属性，仅复制引用地址。
public SheepFriend friend; // 这里添加了friend属性，属性值是一个引用类型
public Sheep(String name, int age, String color) {
this.name = name;
this.age = age;
this.color = color;
}
// 省略 getter / setter 方法
/**
* 深拷贝方式一：重写 clone() 方法
* @return
*/
protected Sheep clone() {
Sheep sheep = null;
try {
sheep = (Sheep) super.clone();
// 将引用属性也调用clone() 方法复制一份
SheepFriend sheepFriend = friend.clone();
// 重新设置引用属性
sheep.friend = sheepFriend;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return sheep;
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
System.out.println("原型模式完成对象的创建");
Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
sheep.friend = new SheepFriend("jack", 2, "黑色");
Sheep sheep2 = sheep.clone(); //克隆
Sheep sheep3 = sheep.clone(); //克隆
Sheep sheep4 = sheep.clone(); //克隆
Sheep sheep5 = sheep.clone(); //克隆
System.out.println("sheep2 =" + sheep2 + "sheep2.friend=" + sheep2.friend.hashCode());
System.out.println("sheep3 =" + sheep3 + "sheep3.friend=" + sheep3.friend.hashCode());
System.out.println("sheep4 =" + sheep4 + "sheep4.friend=" + sheep4.friend.hashCode());
System.out.println("sheep5 =" + sheep5 + "sheep5.friend=" + sheep5.friend.hashCode());
}
}运行结果：
原型模式完成对象的创建 sheep2 =com.george.prototype.deepclone.Sheep@1b6d3586sheep2.friend=1163157884 sheep3 =com.george.prototype.deepclone.Sheep@74a14482sheep3.friend=356573597 sheep4 =com.george.prototype.deepclone.Sheep@677327b6sheep4.friend=21685669 sheep5 =com.george.prototype.deepclone.Sheep@7f31245asheep5.friend=1836019240
3.2 通过对象的序列化实现 (推荐)
对象需要实现序列化接口
public class Sheep implements Serializable, Cloneable{ // 实现Cloneable接口， 重写clone方法
private String name;
private int age;
private String color;
// 对象.clone() 操作是浅拷贝，对于引用类型的属性，仅复制引用地址。
public SheepFriend friend; // 这里添加了friend属性，属性值是一个引用类型
public Sheep(String name, int age, String color) {
this.name = name;
this.age = age;
this.color = color;
}
// 省略 getter / setter 方法
/**
* 深拷贝-方式2：通过对象序列化实现(推荐)
* @return
*/
public Sheep 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); // 将当前对象以对象流的形式输出
// 反序列化
bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ois = new ObjectInputStream(bis);
Sheep sheep = (Sheep) ois.readObject();
return sheep;
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
}
public class SheepFriend implements Serializable {
private String name;
private int age;
private String color;
public SheepFriend(String name, int age, String color) {
this.name = name;
this.age = age;
this.color = color;
}
// 省略 getter / setter 方法
}
public class Client {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
System.out.println("原型模式完成对象的创建");
Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
sheep.friend = new SheepFriend("jack", 2, "黑色");
Sheep sheep2 = sheep.deepClone(); //克隆
Sheep sheep3 = sheep.deepClone(); //克隆
Sheep sheep4 = sheep.deepClone(); //克隆
Sheep sheep5 = sheep.deepClone(); //克隆
System.out.println("sheep2 =" + sheep2 + "sheep2.friend=" + sheep2.friend.hashCode());
System.out.println("sheep3 =" + sheep3 + "sheep3.friend=" + sheep3.friend.hashCode());
System.out.println("sheep4 =" + sheep4 + "sheep4.friend=" + sheep4.friend.hashCode());
System.out.println("sheep5 =" + sheep5 + "sheep5.friend=" + sheep5.friend.hashCode());
}
}运行结果：
原型模式完成对象的创建 sheep2 =com.george.prototype.deepclone.Sheep@3feba861sheep2.friend=1531448569 sheep3 =com.george.prototype.deepclone.Sheep@6f496d9fsheep3.friend=1915910607 sheep4 =com.george.prototype.deepclone.Sheep@10f87f48sheep4.friend=189568618 sheep5 =com.george.prototype.deepclone.Sheep@2f4d3709sheep5.friend=1313922862
五、原型模式的注意事项和细节
- 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
- 不用重新初始化对象，而是动态地获得对象运行时的状态
- 如果原始对象发生变化(增加或者减少属性) ，其它克隆对象的也会发生相应的变化，无需修改代码
- 在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码
- 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.
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