Java設(shè)計(jì)模式之原型模式詳解

更新時(shí)間：2021年05月06日 11:40:24 作者：小小魚(yú)兒小小林

這篇文章主要介紹了Java設(shè)計(jì)模式之原型模式詳解,文中有非常詳細(xì)的代碼示例,對(duì)正在學(xué)習(xí)java的小伙伴們有非常好的幫助,需要的朋友可以參考下

一、前言

原型模式是一種比較簡(jiǎn)單的模式，也非常容易理解，實(shí)現(xiàn)一個(gè)接口，重寫(xiě)一個(gè)方法即完成了原型模式。在實(shí)際應(yīng)用中，原型模式很少單獨(dú)出現(xiàn)。經(jīng)常與其他模式混用，他的原型類(lèi)Prototype也常用抽象類(lèi)來(lái)替代。

該模式的思想就是將一個(gè)對(duì)象作為原型，對(duì)其進(jìn)行復(fù)制、克隆，產(chǎn)生一個(gè)和原對(duì)象類(lèi)似的新對(duì)象。在Java中，復(fù)制對(duì)象是通過(guò)clone()實(shí)現(xiàn)的，先創(chuàng)建一個(gè)原型類(lèi)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)Cloneable 接口

public class Prototype implements Cloneable {  
 
		public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
			Prototype proto = (Prototype) super.clone();  
			return proto;  
		}  
	}

只需要實(shí)現(xiàn)Cloneable接口，覆寫(xiě)clone方法，此處clone方法可以改成任意的名稱(chēng)，因?yàn)镃loneable接口是個(gè)空接口，你可以任意定義實(shí)現(xiàn)類(lèi)的方法名，如cloneA或者cloneB，因?yàn)榇颂幍闹攸c(diǎn)是super.clone()這句話(huà)，super.clone()調(diào)用的是Object的clone()方法，而在Object類(lèi)中，clone()是native的，說(shuō)明這個(gè)方法實(shí)現(xiàn)并不是使用java語(yǔ)言，是底層C實(shí)現(xiàn)阿達(dá)

至于cloneA或者cloneB名字可以任意取，是因?yàn)橐阒鲃?dòng)去調(diào)用的，所以你名字取成什么，你調(diào)用的時(shí)候就調(diào)用該名字就可以了

二、優(yōu)點(diǎn)及適用場(chǎng)景

使用原型模式創(chuàng)建對(duì)象比直接new一個(gè)對(duì)象在性能上要好的多，因?yàn)樯厦嫖乙蔡岬竭^(guò)，Object類(lèi)的clone()是native的，它直接操作內(nèi)存中的二進(jìn)制流，特別是復(fù)制大對(duì)象時(shí)，性能的差別非常明顯。

使用原型模式的另一個(gè)好處是簡(jiǎn)化對(duì)象的創(chuàng)建，使得創(chuàng)建對(duì)象就像我們?cè)诰庉嬑臋n時(shí)的復(fù)制粘貼一樣簡(jiǎn)單。

因?yàn)橐陨蟽?yōu)點(diǎn)，所以在需要重復(fù)地創(chuàng)建相似對(duì)象時(shí)可以考慮使用原型模式。比如需要在一個(gè)循環(huán)體內(nèi)創(chuàng)建對(duì)象，假如對(duì)象創(chuàng)建過(guò)程比較復(fù)雜或者循環(huán)次數(shù)很多的話(huà)，使用原型模式不但可以簡(jiǎn)化創(chuàng)建過(guò)程，而且可以使系統(tǒng)的整體性能提高很多。

三、原型模式的注意事項(xiàng)

使用原型模式復(fù)制對(duì)象不會(huì)調(diào)用類(lèi)的構(gòu)造方法。因?yàn)閷?duì)象的復(fù)制是通過(guò)調(diào)用Object類(lèi)的clone()來(lái)完成的，它直接在內(nèi)存中復(fù)制數(shù)據(jù)，因此不會(huì)調(diào)用到類(lèi)的構(gòu)造方法。不但構(gòu)造方法中的代碼不會(huì)執(zhí)行，甚至連訪問(wèn)權(quán)限都對(duì)原型模式無(wú)效。

說(shuō)到這里，就得順便提一下單例模式，在單例模式中，只要將構(gòu)造方法的訪問(wèn)權(quán)限設(shè)置為private型，就可以實(shí)現(xiàn)單例。但是clone方法直接無(wú)視構(gòu)造方法的權(quán)限，所以，單例模式與原型模式是沖突的，在使用時(shí)要特別注意。

四、淺復(fù)制和深復(fù)制

另外還得知道兩個(gè)特別重要的概念 : 淺復(fù)制深復(fù)制

淺復(fù)制：將一個(gè)對(duì)象復(fù)制后，基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的變量都會(huì)重新創(chuàng)建，而數(shù)組、容器對(duì)象、引用對(duì)象等都不會(huì)拷貝，指向的還是原對(duì)象所指向的地址。淺拷貝實(shí)現(xiàn) Cloneable，重寫(xiě)clone方法

深復(fù)制：將一個(gè)對(duì)象復(fù)制后，不論是基本數(shù)據(jù)類(lèi)型還有引用類(lèi)型，都是重新創(chuàng)建的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是深復(fù)制進(jìn)行了完全徹底的復(fù)制，而淺復(fù)制不徹底。深拷貝是通過(guò)實(shí)現(xiàn) Serializable 讀取二進(jìn)制流

五、淺復(fù)制demo演示

首先我們創(chuàng)建一個(gè)抽象原型類(lèi) Animal.class，實(shí)現(xiàn)了Cloneable接口，并且重寫(xiě)了clone方法

package cn.zygxsq.design.module.prototypePattern;
 
/**
 * Created by yjl on 2021/4/30.
 * 動(dòng)物類(lèi)
 * 原型模式：博文介紹鏈接：https://blog.csdn.net/qq_27471405/article/details/116309878
 */
public abstract class Animal implements Cloneable{
    private String id;
    public String name;
 
    abstract void shout();
 
    public String getId() {
        return id;
    }
 
    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }
 
 
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    /**
     * 淺復(fù)制
     */
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Animal clone = (Animal) super.clone();
        return clone;
    }
}

再創(chuàng)建兩個(gè)實(shí)現(xiàn)類(lèi)

Dog.class 和Cat.class

package cn.zygxsq.design.module.prototypePattern;
 
/**
 * Created by yjl on 2021/4/30.
 */
public class Dog extends Animal {
    public Dog(){
        name = "狗狗";
    }
 
    @Override
    public void shout() {
        System.out.println("我的叫聲是：汪汪汪");
    }
}

package cn.zygxsq.design.module.prototypePattern;
 
/**
 * Created by yjl on 2021/4/30.
 */
public class Cat extends Animal {
    public Cat(){
        name = "貓貓";
    }
 
    @Override
    public void shout() {
        System.out.println("我的叫聲是：喵喵喵");
    }
}

然后創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)緩存類(lèi)，用戶(hù)存儲(chǔ)從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取到的大對(duì)象數(shù)據(jù)或者曾經(jīng)使用過(guò)的大對(duì)象數(shù)據(jù)

以后下一次想要再次對(duì)這個(gè)對(duì)象數(shù)據(jù)操作的時(shí)候，直接從緩存里獲取并且clone一個(gè)

package cn.zygxsq.design.module.prototypePattern;
 
import com.google.common.collect.Maps;
import org.springframework.beans.factory.InitializingBean;
 
import java.util.HashMap;
import java.util.Hashtable;
import java.util.concurrent.ConcurrentMap;
 
/**
 * Created by yjl on 2021/4/30.
 * 緩存類(lèi) 用于加載一些數(shù)據(jù)庫(kù)的緩存的數(shù)據(jù)
 */
public class DataCache /*implements InitializingBean*/{
    //正常的情況是 實(shí)現(xiàn) InitializingBean ，用于web服務(wù)啟動(dòng)的時(shí)候加載數(shù)據(jù)
    // 這里測(cè)試由于不是web服務(wù)，所以就模擬加載數(shù)據(jù)
 
    private static ConcurrentMap<String, Animal> animalCache = Maps.newConcurrentMap();
 
    public static Animal getAnimal(String id) throws Exception{
        Animal cache = animalCache.get(id);
        return (Animal) cache.clone();
    }
 
    public static void init(){
        Dog dog = new Dog();
        String dogid = "111";
        dog.setId(dogid);
        animalCache.put(dogid,dog);
 
        Dog dog2 = new Dog();
        String dogid2 = "222";
        dog2.setId(dogid2);
        animalCache.put(dogid2,dog2);
 
        Cat cat = new Cat();
        String catid = "333";
        cat.setId(catid);
        animalCache.put(catid,cat);
 
    }
}

最后咱們開(kāi)始測(cè)試

先是從數(shù)據(jù)庫(kù)里加載緩存，然后要從緩存里獲取數(shù)據(jù)，并且的到的是一個(gè)個(gè)clone出來(lái)的對(duì)象

package cn.zygxsq.design.module.prototypePattern;
 
import com.alibaba.fastjson.JSON;
 
/**
 * Created by yjl on 2021/4/30.
 * 測(cè)試主類(lèi) 淺復(fù)制
 * 原型模式：博文介紹鏈接：https://blog.csdn.net/qq_27471405/article/details/116309878
 */
public class TestPrototype {
    public static void main(String[] args) {
        DataCache.init(); // 模擬加載數(shù)據(jù)到緩存中
 
        try {
            Animal animal = DataCache.getAnimal("111");
            System.out.println(animal.getName()+"---"+JSON.toJSONString(animal));
 
            Animal animal222 = DataCache.getAnimal("222");
            System.out.println(animal222.getName()+"---"+JSON.toJSONString(animal222));
 
            Animal animal333 = DataCache.getAnimal("333");
            System.out.println(animal333.getName()+"---"+JSON.toJSONString(animal333));
 
            animal.shout();
            animal222.shout();
            animal333.shout();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
 
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

小伙伴們看的時(shí)候，好像沒(méi)什么問(wèn)題，確實(shí)沒(méi)什么問(wèn)題，但是細(xì)細(xì)一看，還是有一定的問(wèn)題的

package cn.zygxsq.design.module.prototypePattern;
 
import com.alibaba.fastjson.JSON;
 
/**
 * Created by yjl on 2021/4/30.
 * 淺復(fù)制遇到的問(wèn)題
 */
public class TestCloneProblem {
 
    public static void main(String[] args) {
        //做完TestPrototype的main方法后，好像覺(jué)得淺復(fù)制沒(méi)有什么問(wèn)題
        //那么可以看一下下面的a1的name 和 克隆后的name指向的是同一個(gè)地址
        DataCache.init(); // 模擬加載數(shù)據(jù)到緩存中
 
        try {
            Animal a1 = DataCache.getAnimal("111");
            Animal a2 = (Animal)a1.clone();
            System.out.println(a1==a2);
            System.out.println(a1.name == a2.name);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
}

運(yùn)行結(jié)果：

大家踩一下 a1的name 和克隆后的name是什么樣的關(guān)系呢

大家可以看到，a1的name和a2的name是一樣的，由于他們的類(lèi)型是String，所以他們指向的是同一個(gè)地址，名稱(chēng)為“狗狗”的引用地址，大概的樣子可以看下圖

那怎么樣才能不讓a1.name 和a2.name不相同呢，也就是完完全全的復(fù)制，這個(gè)就得用到深復(fù)制了

深復(fù)制其實(shí)用到的就是流復(fù)制

可以在clone()的方法定義一個(gè)深復(fù)制的方法，比如deepClone()

六、深復(fù)制demo演示

記住，深復(fù)制的時(shí)候，方法一定得實(shí)現(xiàn)可序列化，Serializable

package cn.zygxsq.design.module.prototypePattern;
 
import java.io.*;
 
/**
 * Created by yjl on 2021/4/30.
 * 動(dòng)物類(lèi)
 * 原型模式：博文介紹鏈接：https://blog.csdn.net/qq_27471405/article/details/116309878
 */
public abstract class Animal implements Cloneable, Serializable{
    private String id;
    public String name;
 
    abstract void shout();
 
    public String getId() {
        return id;
    }
 
    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }
 
 
    public String getName() {
        return name;
    }
 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    /**
     * 淺復(fù)制
     */
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Animal clone = (Animal) super.clone();
        return clone;
    }
 
 
    /**
     * 深復(fù)制
     */
    public Object deepClone() {
        ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = null;
        ObjectOutputStream objectOutputStream = null;
        ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = null;
        ObjectInputStream objectInputStream = null;
        try {
            // 序列化
            byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
            objectOutputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);
            objectOutputStream.writeObject(this);/*將當(dāng)前對(duì)象以對(duì)象流的方式輸出*/
            //反序列化
            byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray());
            objectInputStream = new ObjectInputStream(byteArrayInputStream);
            Animal deepProtoType = (Animal) objectInputStream.readObject();
            return deepProtoType;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        } finally {
            try {
                byteArrayOutputStream.close();
                objectOutputStream.close();
                byteArrayInputStream.close();
                objectInputStream.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
 
        }
 
    }
}

測(cè)試一下結(jié)果

package cn.zygxsq.design.module.prototypePattern;
 
import com.alibaba.fastjson.JSON;
 
/**
 * Created by yjl on 2021/4/30.
 * 測(cè)試主類(lèi) 深復(fù)制
 * 原型模式：博文介紹鏈接：https://blog.csdn.net/qq_27471405/article/details/116309878
 */
public class TestPrototypeDeepClone {
    public static void main(String[] args) {
        DataCache.init(); // 模擬加載數(shù)據(jù)到緩存中
 
        try {
            Animal a1 = DataCache.getAnimal("111");
            Animal a2 = (Animal)a1.deepClone();
            System.out.println(a1==a2);
            System.out.println(a1.name == a2.name);
            System.out.println(a1.name);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
 
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：