大话设计模式笔记（七）の原型模式

举个栗子

问题描述

要求有一个简历类，必须要有姓名，可以设置性别和年龄，可以设置工作经历，最终需要三份简历。

简单实现

简历类

/**
 * 简历类
 * Created by callmeDevil on 2019/7/13.
 */
public class Resume {
    
    private String name;
    private String sex;
    private String age;
    private String timeArea;
    private String company;
    
    public Resume (String name) {
        this.name = name;
    }

    /**
     * 设置个人信息
     * @param sex
     * @param age
     */
    public void setPersonalInfo(String sex, String age){
        this.sex = sex;
        this.age = age;
    }

    /**
     * 设置工作经历
     * @param timeArea
     * @param company
     */
    public void setWorkExperience(String timeArea, String company) {
        this.timeArea = timeArea;
        this.company = company;
    }

    /**
     * 显示
     */
    public void display () {
        System.out.println(String.format("%s %s %s", name, sex, age));
        System.out.println(String.format("工作经历：%s %s", timeArea, company));
    }
 
    // 此处省略get、set方法
    
}

测试

/**
 * 测试
 * Created by callmeDevil on 2019/7/13.
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        Resume resumeA = new Resume("callmeDevil");
        resumeA.setPersonalInfo("男", "24");
        resumeA.setWorkExperience("2018-2019", "伟大的航道");

        Resume resumeB = new Resume("callmeDevil");
        resumeB.setPersonalInfo("男", "24");
        resumeB.setWorkExperience("2018-2019", "伟大的航道");

        Resume resumeC = new Resume("callmeDevil");
        resumeC.setPersonalInfo("男", "24");
        resumeC.setWorkExperience("2018-2019", "伟大的航道");

        resumeA.display();
        resumeB.display();
        resumeC.display();
    }

}

测试结果

callmeDevil 男 24
工作经历：2018-2019 伟大的航道
callmeDevil 男 24
工作经历：2018-2019 伟大的航道
callmeDevil 男 24
工作经历：2018-2019 伟大的航道

存在的问题

跟手写简历没有差别，三份简历需要三份实例化，如果客户需要二十份简历，那就得实例化二十次。

原型模式

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。

UML图

代码实现

/**
 * 简历类（实现JDK克隆接口）
 * Created by callmeDevil on 2019/7/13.
 */
public class Resume implements Cloneable{

    private String name;
    private String sex;
    private String age;
    private String timeArea;
    private String company;

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

    /**
     * 设置个人信息
     * @param sex
     * @param age
     */
    public void setPersonalInfo(String sex, String age){
        this.sex = sex;
        this.age = age;
    }

    /**
     * 设置工作经历
     * @param timeArea
     * @param company
     */
    public void setWorkExperience(String timeArea, String company) {
        this.timeArea = timeArea;
        this.company = company;
    }

    /**
     * 显示
     */
    public void display () {
        System.out.println(String.format("%s %s %s", name, sex, age));
        System.out.println(String.format("工作经历：%s %s", timeArea, company));
    }

    /**
     * 实现克隆方法，可进行自己的克隆逻辑
     * @return
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }

    // 此处省略get、set方法

}

测试

/**
 * 原型模式测试
 * Created by callmeDevil on 2019/7/13.
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Resume resumeA = new Resume("callmeDevil");
        resumeA.setPersonalInfo("男", "24");
        resumeA.setWorkExperience("2018-2019", "伟大的航道");

        // 只需要调用clone方法就可以实现新简历的生成，并且可以修改新简历的细节
        Resume resumeB = (Resume) resumeA.clone();
        resumeB.setWorkExperience("2019-2020", "新世界");

        Resume resumeC = (Resume) resumeA.clone();
        resumeC.setPersonalInfo("男", "25");

        resumeA.display();
        resumeB.display();
        resumeC.display();
    }

}

测试结果

callmeDevil 男 24
工作经历：2018-2019 伟大的航道
callmeDevil 男 24
工作经历：2019-2020 新世界
callmeDevil 男 25
工作经历：2018-2019 伟大的航道

好处

• 一般在初始化的信息不发生变化的情况下，克隆是最好的方法。这既隐藏了对象创建的细节，又对性能是大大的提高。
• 不用重新初始化对象，而是动态的获得对象运行时的状态。

浅复制与深复制

浅复制

在上面这个简历类中，如果字段是值类型（基本数据类型）的，则对该字段直接进行复制；如果是引用类型（String等），则/复制引用/但不/复制引用的对象/；因此，原始对象及其副本引用同一对象。

在此之前，我们先做一个简单的测试

    System.out.println("123" == "123");
    System.out.println("123".equals("123"));
    System.out.println(new String("123") == new String("123"));
    System.out.println(new String("123").equals(new String("123")));

相信有点基础的都知道答案吧？就不卖弄了，直接上结果

true
true
false
true

至于结果为什么会这样，网上也许多分析，此处重点在浅复制的讲解，因此不做过多叙述。

带着上面的理解再看下面的内容。在可克隆的简历类例子中，基本数据类型就没什么好测试的，有兴趣的也可以将年龄改成 int 类型；对于其他 String 类型，就拿 company 字段来说，我们新建一个测试类看下是什么结果

public class Test2 {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Resume resumeA = new Resume("callmeDevil");
        resumeA.setWorkExperience("0", "伟大的航道");// 直接声明String

        Resume resumeB = (Resume) resumeA.clone();

        // A 与 B 的公司两种比较
        System.out.println(resumeA.getCompany() == resumeB.getCompany());
        System.out.println(resumeA.getCompany().equals(resumeB.getCompany()));

        resumeA.setWorkExperience("0", new String("伟大的航道"));//new 的方式创建String

        Resume resumeC = (Resume) resumeA.clone();

        // A 与 C 的公司两种比较
        System.out.println(resumeA.getCompany() == resumeC.getCompany());
        System.out.println(resumeA.getCompany().equals(resumeC.getCompany()));
    }

}

比对第一个“123”的例子，稍微思考下在比对下面结果看是否一致

true
true
true
true

是的，这就是浅复制。不论A简历的 company 是直接声明的还是 new 出来的，在clone方法中都只会对 company 字段复制一份引用而已。因此才会出现 “==” 和 “equal()”的结果都是“true”。对于引用类型来说，这个字段所在类实现了clone方法是不够的，它只会对引用类型复制一份引用，那如果连引用类型的字段也要创建一份新的数据，那便是 “深复制”。

• 浅复制就是，被复制的对象的所有变量都含有与原来对象相同的值，而所有其他对象的引用都仍然只想原来的对象。
• 深复制把引用对象的变量指向复制过的新对象，而不是援用的被引用的对象。

深复制

此处不纠结于如何对上述 String 的深复制。现将简历类进行改造，把“工作经历”抽出成另一个类 WorkExperience

简历类2

/**
 * 简历类2（深复制）
 * Created by callmeDevil on 2019/7/13.
 */
public class Resume2 implements Cloneable {

    private String name;
    private String sex;
    private String age;
    // 工作经历
    private WorkExperience work;

    public Resume2 (String name) {
        this.name = name;
        this.work = new WorkExperience();
    }
    
    private Resume2(WorkExperience work) throws CloneNotSupportedException {
        this.work = (WorkExperience) work.clone();
    }

    /**
     * 设置个人信息
     * @param sex
     * @param age
     */
    public void setPersonalInfo(String sex, String age){
        this.sex = sex;
        this.age = age;
    }

    /**
     * 设置工作经历
     * @param timeArea
     * @param company
     */
    public void setWorkExperience(String timeArea, String company) {
        // 此处赋值给 work 对象
        this.work.setWorkDate(timeArea);
        this.work.setCompany(company);
    }

    /**
     * 显示
     */
    public void display () {
        System.out.println(String.format("%s %s %s", name, sex, age));
        // 此处显示 work 对象的值
        System.out.println(String.format("工作经历：%s %s", work.getWorkDate(), work.getCompany()));
    }

    /**
     * 实现克隆方法，可进行自己的克隆逻辑
     * @return
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        // 调用私有的构造方法，让“工作经历”对象克隆完成，然后再给这个“简历”对象
        // 相关的字段赋值，最终返回一个深复制的简历对象
        Resume2 obj = new Resume2(this.work);
        obj.setName(this.name);
        obj.setSex(this.sex);
        obj.setAge(this.age);
        return obj;
    }

    // 此处省略get、set方法
    
}

工作经历

/**
 * 工作经历
 * Created by callmeDevil on 2019/7/13.
 */
public class WorkExperience implements Cloneable{

    private String workDate;

    private String company;

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

    // 此处省略get、set方法
    
}

测试类

/**
 * 深复制测试
 * Created by callmeDevil on 2019/7/13.
 */
public class TestDeepClone {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Resume2 resumeA = new Resume2("callmeDevil");
        resumeA.setPersonalInfo("男", "24");
        resumeA.setWorkExperience("2018-2019", "伟大的航道");

        Resume2 resumeB = (Resume2) resumeA.clone();
        resumeB.setWorkExperience("2019-2020", "新世界");

        Resume2 resumeC = (Resume2) resumeA.clone();
        resumeC.setWorkExperience("2020-XXXX", "木叶忍者村");

        resumeA.display();
        resumeB.display();
        resumeC.display();
    }

}

测试结果

callmeDevil 男 24
工作经历：2018-2019 伟大的航道
callmeDevil 男 24
工作经历：2019-2020 新世界
callmeDevil 男 24
工作经历：2020-XXXX 木叶忍者村

可以看到，每次克隆都能将简历类中的工作经历类一同新建，而不是单纯的同个对象进行改变内容。如果是浅复制的实现，那么在相同测试类中会出现什么结果呢？应该能猜到吧，那就是三次输出都是一样的。
对于工作经历类的浅复制实现本文就不描述了，有兴趣的可以自行测试，很简单，需要修改的地方有这么两处：

• 简历类实现的克隆方法中直接调用 super.clone() 而不需要重写。
• 取消工作经历类实现克隆接口及其方法。

只需要更改这两处，在相同的测试类中就能看到以下结果

callmeDevil 男 24
工作经历：2020-XXXX 木叶忍者村
callmeDevil 男 24
工作经历：2020-XXXX 木叶忍者村
callmeDevil 男 24
工作经历：2020-XXXX 木叶忍者村

看到此处就不需要解释了吧，每次克隆只是新实例化了“简历”，但三个“简历”中的“工作经历”都是同一个，每次 set值 的时候都必将影响到所有对象，所以输出的工作经历都是相同的。这也同时说明了实现深复制的必要条件：

• 需要实现深复制的引用类型字段的类（比如上文中的工作经历）必须实现 Cloneable 接口
• 该字段的所属类（比如上文中的简历）实现的克隆方法中必须对该字段进行克隆与赋值

做到以上两点，即可将原本浅复制的功能转变为深复制。

总结

原型模式无非就是对指定创建的原型实例进行复制，再对新对象另做操作，省去重新 new 的过程。其中复制便分为浅复制与深复制。