原型设计模式

克隆羊项目需求

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。

传统方式

1、Sheep类

@Getter
@Setter
@ToString
@AllArgsConstructor
public class Sheep {
    private String name;
    private int age;
    private String color;
}

2、客户端代码

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);
        //...
    }
}

传统的方式的优缺点:
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，而不是动态地获得对象运行时的状态,不够灵活；

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Cloneable，该接口表示该类能够复制且具有复制的能力=>原型模式。

原型设计模式

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它们自己来实施创建，即对象.clone()；

4、形象的理解：孙大圣拔出猴毛，变出其它孙大圣。

原型模式原理结构图

• 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)。

原型模式解决克隆羊问题

1、Sheep类

@Getter
@Setter
@ToString
@AllArgsConstructor
public class Sheep implements Cloneable{
    private String name;
    private int age;
    private String color;

    //克隆该实例，使用默认的clone方法来完成
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Sheep sheep = (Sheep) super.clone();
        return sheep;
    }
}

2、Client类

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 sheep1 = new Sheep("tom", 1, "白色");

        Object sheep2 = sheep1.clone();
        Object sheep3 = sheep1.clone();
        Object sheep4 = sheep1.clone();
        Object sheep5 = sheep1.clone();

        System.out.println(sheep1);
        System.out.println(sheep2);
        System.out.println(sheep3);
        System.out.println(sheep4);
        System.out.println(sheep5);
    }
}

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。

浅拷贝和深拷贝

浅拷贝

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、浅拷贝是使用默认的clone()方法来实现。

sheep = (Sheep)super.clone();

深拷贝

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)。

下面我们针对两种深拷贝实现方式代码实现：

（1）重写clone方法来实现深拷贝

深拷贝需要处理的引用类型的类：

@AllArgsConstructor
public class DeepCopyTarget {

    public String className;
    public String cloneName;

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

通过重写clone方法来实现深拷贝：

@AllArgsConstructor
public class DeepCopy implements Cloneable, Serializable {
    public String name;
    public DeepCopyTarget deepCopyTarget ;
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        // 1、通过父类的clone实现基本数据类型的克隆
        DeepCopy deepCopy = (DeepCopy)super.clone();
        // 2、对引用类型的属性，单独进行处理
        deepCopy.deepCopyTarget = (DeepCopyTarget) deepCopyTarget.clone();
        return deepCopy;

    }
}

（2）对象序列化实现深拷贝(推荐)

深拷贝需要处理的引用类型的类：

@AllArgsConstructor
@ToString
public class DeepCopyTarget implements Serializable {

    public String className;
    public String cloneName;

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

Note:DeepCopyTarget一定要实现Serializable接口，否则会抛出异常。

通过对象序列化实现深拷贝：

@ToString
@AllArgsConstructor
public class DeepCopy implements Cloneable, Serializable {
    public String name;
    public DeepCopyTarget deepCopyTarget ;

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        // 1、通过父类的clone实现基本数据类型的克隆
        DeepCopy deepCopy = (DeepCopy)super.clone();
        // 2、对引用类型的属性，单独进行处理
        deepCopy.deepCopyTarget = (DeepCopyTarget) deepCopyTarget.clone();
        return deepCopy;

    }

    /** 通过对象的序列化实现深拷贝（推荐） */
    public Object deepCone() throws IOException {
        // 1、创建流对象

        ByteArrayInputStream bis = null;
        ObjectInputStream ois = null;

        ByteArrayOutputStream bos = null;
        ObjectOutputStream oos = null;

        try {
            // 序列化
            bos = new ByteArrayOutputStream();
            oos = new ObjectOutputStream(bos);
            // 将当前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);
            DeepCopy deepCopy = (DeepCopy)ois.readObject();
            return  deepCopy;
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
            return null;
        }finally {
            assert bos != null;
            bos.close();
            assert oos != null;
            oos.close();
            assert bis != null;
            bis.close();
            assert ois != null;
            ois.close();
        }
    }
}

原型模式总结

（1）优点

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，而是动态地获得对象运行时的状态；
3、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；
4、在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码。

（2）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。