克隆羊问题描述 :
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
类图:
代码实现:
-
羊的实体类
public class Sheep { private String name; private int age; private String color; } -
客户端，发出克隆羊的指令
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:
- 优点是比较好理解，简单易操作
- 缺点: 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
- 缺点: 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
改进思路
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 --> 原型模式
1. 原型模式
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，允许一个对象在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()
原型模式原理结构图（uml类图）
原理结构图说明
Prototype：原型类，在该类中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)
代码示例:
-
羊的实体类
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() { Sheep sheep = null; try { sheep = (Sheep) super.clone(); } catch (Exception e) { System.out.println(e.getMessage()); } return sheep; } // ... -
利用原型模式创建对象
public class Client { public static void main(String[] args) { System.out.println("原型模式完成对象的创建"); Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色"); Sheep sheep2 = (Sheep) sheep.clone(); // 克隆 Sheep sheep3 = (Sheep) sheep.clone(); // 克隆 Sheep sheep4 = (Sheep) sheep.clone(); // 克隆 Sheep sheep5 = (Sheep) sheep.clone(); // 克隆 System.out.println("sheep2 =" + sheep2 + "sheep2.hashCoe=" + sheep2.hashCode()); System.out.println("sheep3 =" + sheep3 + "sheep3.hashCoe=" + sheep3.hashCode()); System.out.println("sheep4 =" + sheep4 + "sheep4.hashCoe=" + sheep4.hashCode()); System.out.println("sheep5 =" + sheep5 + "sheep5.hashCoe=" + sheep5.hashCode()); } } -
运行结果
原型模式完成对象的创建 sheep2 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色]；sheep2.hashCoe=366712642 sheep3 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色]；sheep3.hashCoe=1829164700 sheep4 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色]；sheep4.hashCoe=2018699554 sheep5 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色]；sheep5.hashCoe=1311053135
2. 浅拷贝和深拷贝的概念
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();
代码示例:
- 羊实例
public class Sheep implements Cloneable {
private String name;
private int age;
private String color;
private String address = "蒙古";
public Sheep friend; // 对象克隆时会如何处理，默认是浅拷贝
// 克隆该实例，使用默认的clone方法来完成
@Override
protected Object clone() {
Sheep sheep = null;
try {
sheep = (Sheep) super.clone();
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
return sheep;
}
// ...
-
测试代码
public class Client { public static void main(String[] args) { 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) sheep.clone(); // 克隆 Sheep sheep3 = (Sheep) sheep.clone(); // 克隆 Sheep sheep4 = (Sheep) sheep.clone(); // 克隆 Sheep sheep5 = (Sheep) 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()); } } -
打印结果,可以看出,所有clone出来的对象的friend字段的hashCode都是一样的
原型模式完成对象的创建 sheep2 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古]sheep2.friend=366712642 sheep3 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古]sheep3.friend=366712642 sheep4 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古]sheep4.friend=366712642 sheep5 =Sheep [name=tom, age=1, color=白色, address=蒙古]sheep5.friend=366712642
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进行拷贝(朋友的朋友的朋友都是新的)
- 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
新建一个类,作为测试类中的成员属性
public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
private String cloneName;
private String cloneClass;
// 构造器
public DeepCloneableTarget(String cloneName, String cloneClass) {
this.cloneName = cloneName;
this.cloneClass = cloneClass;
}
// 因为该类的属性，都是String , 因此我们这里使用默认的clone完成即可
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
两种方式的实现:
public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable {
public String name; // String 属性
public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用类型
public DeepProtoType() {
super();
}
// 深拷贝 - 方式 1 使用clone 方法
//问题: 如果引用类型还有其引用类型字段,则无法完成,
// 若本类有多个引用类型字段,则要多次操作
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Object deep = null;
// 这里完成对基本数据类型(属性)和String的克隆
deep = super.clone();
DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType) deep;
// 对引用类型的属性，进行单独处理,
deepProtoType.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget) deepCloneableTarget.clone();
return deepProtoType;
}
// 深拷贝 - 方式2 通过对象的序列化实现 (推荐)
//利用序列化,反序列化对对象进行全量深拷贝
public Object deepClone() {
// 创建流对象
ByteArrayOutputStream bos = null;
ObjectOutputStream oos = null;
ByteArrayInputStream bis = null;
ObjectInputStream ois = null;
try {
// 序列化, 将数据写入到字节数组中
bos = new ByteArrayOutputStream();
oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(this); // 当前这个对象以对象流的方式输出
// 反序列化,
bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ois = new ObjectInputStream(bis);
DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType) ois.readObject(); // 从流中读入对象
return copyObj;
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
e.printStackTrace();
return null;
} finally {
// 关闭流
try {
bos.close();
oos.close();
bis.close();
ois.close();
} catch (Exception e2) {
System.out.println(e2.getMessage());
}
}
}
}
测试代码:都是成功拷贝的
public class Client {
public static void main(String[] args) throws Exception {
DeepProtoType p = new DeepProtoType();
p.name = "宋江";
p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛");
// 方式1 完成深拷贝
DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.clone();
System.out.println("p.name=" + p.name + "；p.deepCloneableTarget.hashCode=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
System.out.println("p2.name=" + p2.name + "；p2.deepCloneableTarget.hashCode=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
// 方式2 完成深拷贝
// DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.deepClone();
// System.out.println("p.name=" + p.name + "；p.deepCloneableTarget.hashCode=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
// System.out.println("p2.name=" + p2.name + "；p2.deepCloneableTarget.hashCode=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
}
}
4. 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，可以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，其实使用序列化机制实现克隆的代码也不难
- 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