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一文带你了解Java创建型设计模式之原型模式

来源:互联网 收集:自由互联 发布时间:2023-01-30
目录 原型模式 概述 优缺点 应用场景 主要角色 原型模式的基本使用 创建原型接口 创建具体需要克隆对象 使用 JDK自带原型接口的使用 浅克隆与深度克隆 浅克隆 深度克隆 单例的破坏
目录
  • 原型模式
    • 概述
    • 优缺点
    • 应用场景
    • 主要角色
  • 原型模式的基本使用
    • 创建原型接口
    • 创建具体需要克隆对象
    • 使用
  • JDK自带原型接口的使用
    • 浅克隆与深度克隆
      • 浅克隆
      • 深度克隆
    • 单例的破坏

      原型模式

      概述

      原型模式(Prototype Pattern)是属于创建型模式。

      它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。

      原型模式的核心在于拷贝原型对象。以存在的一个对象为原型,直接基于内存二进制流进行拷贝,无需再经历耗时的对象初始化过程(不调用构造函数),性能提升许多。

      当直接创建对象的代价比较大时,则采用这种模式。利用当前系统中已存在的对象作为原型,对其进行克隆,避免初始化的过程。

      优缺点

      优点:

      1.java自带的原型模式是基于内存二进制流的拷贝,比直接new一个对象性能上提升许多

      2.使用原型模式将对象复制一份并将其状态保存起来,简化创建对象的过程,以便在需要的时候使用

      缺点:

      1.需要为每一个类配置一个克隆方法

      2克隆方法位于类的内部,当对已有类进行改造的时候,需要修改代码,违反开闭原测

      3.在实现深克隆时需要编写较为复杂的代码,而且当对象之间存在多重嵌套引用时,为了实现深克隆,每一层对象对应的类都必须支特深克隆,实现比较麻烦

      应用场景

      1.类初始化消耗资源较多

      2.new产生的一个对象需要非常繁琐的过程(数据准备或访问权限)

      3.构造函数处比较复杂

      4.循环体中生产大量对象时

      5.资源优化场景

      6.性能和安全要求的场景

      主要角色

      1.客户(Client)角色

      客户端类向原型管理器提出创建对象的请求。

      2.抽象原型(Prototype)角色

      这是一个抽象角色,此角色给出所有的具体原型类所需的接口。

      3.具体原型(Concrete Prototype)角色

      被复制的对象。此角色需要实现抽象的原型角色所要求的接口。

      4.原型管理器(Prototype Manager)角色

      创建具体原型类的对象,并记录每一个被创建的对象。

      原型模式的基本使用

      创建原型接口

      public interface IPrototype<T> {
          T clone();
      }
      

      创建具体需要克隆对象

      @Data
      @ToString
      public class ConcretePrototype implements IPrototype {
          private int age;
          private String name;
          @Override
          public ConcretePrototype clone() {
              ConcretePrototype concretePrototype = new ConcretePrototype();
              concretePrototype.setAge(this.age);
              concretePrototype.setName(this.name);
              return concretePrototype;
          }
      }
      

      使用

          public static void main(String[] args) {
              //创建原型对象
              ConcretePrototype prototype = new ConcretePrototype();
              prototype.setAge(20);
              prototype.setName("jack");
              System.out.println(prototype);
              //拷贝原型对象
              ConcretePrototype cloneType = prototype.clone();
              System.out.println(cloneType);
          }
      

      JDK自带原型接口的使用

      原型模式就是如此简单,通常开发中不会这样使用。其实JDK提供了一个现成的API接口,那就是Cloneable接口。

      @Data
      @ToString
      public class ConcretePrototype implements Cloneable {
          private int age;
          private String name;
          private List<String> hobbies;
          @Override
          public ConcretePrototype clone() {
              try {
                  return (ConcretePrototype)super.clone();
              } catch (CloneNotSupportedException e) {
                  e.printStackTrace();
                  return null;
              }
          }
      }
      

      浅克隆与深度克隆

      浅克隆

      添加一个hobby属性,当给克隆对象的hobby属性添加一项时,最终结果会导致原型对象发生变化,也就是hobby属性用于一个内存地址。这就是浅克隆。

      @Data
      @ToString
      public class ConcretePrototype implements Cloneable {
          private int age;
          private String name;
          private List<String> hobby;
          @Override
          public ConcretePrototype clone() {
              try {
                  return (ConcretePrototype)super.clone();
              } catch (CloneNotSupportedException e) {
                  e.printStackTrace();
                  return null;
              }
          }
      }
      
          public static void main(String[] args) {
              ConcretePrototype prototype = new ConcretePrototype();
              prototype.setAge(22);
              prototype.setName("jack");
              List<String> hobby = new ArrayList<String>();
              hobby.add("java");
              hobby.add("python");
              hobby.add("go");
              prototype.setHobby(hobby);
              // 拷贝原型对象
              ConcretePrototype cloneType = prototype.clone();
              cloneType.getHobby().add("php");
              System.out.println("原型对象:" + prototype);
              System.out.println("克隆对象:" + cloneType);
              System.out.println(prototype == cloneType);
              System.out.println(prototype.getHobby() == cloneType.getHobby());
          }
      

      原型对象:ConcretePrototype(age=22, name=jack, hobby=[java, python, go, php])
      克隆对象:ConcretePrototype(age=22, name=jack, hobby=[java, python, go, php])
      false
      true

      深度克隆

      可使用序列化方式实现对象的深度克隆

      @Data
      @ToString
      public class ConcretePrototype implements Cloneable, Serializable {
          private int age;
          private String name;
          private List<String> hobby;
          @Override
          public ConcretePrototype clone() {
              try {
                  return (ConcretePrototype) super.clone();
              } catch (CloneNotSupportedException e) {
                  e.printStackTrace();
                  return null;
              }
          }
          public ConcretePrototype deepClone() {
              try {
                  ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
                  ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
                  oos.writeObject(this);
                  ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
                  ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
                  return (ConcretePrototype) ois.readObject();
              } catch (Exception e) {
                  e.printStackTrace();
                  return null;
              }
          }
      }
      
          public static void main(String[] args) {
              //创建原型对象
              ConcretePrototype prototype = new ConcretePrototype();
              prototype.setAge(22);
              prototype.setName("jack");
              List<String> hobby = new ArrayList<String>();
              hobby.add("java");
              hobby.add("python");
              hobby.add("go");
              prototype.setHobby(hobby);
              // 拷贝原型对象
              ConcretePrototype cloneType = prototype.deepClone();
              cloneType.getHobby().add("php");
              System.out.println("原型对象:" + prototype);
              System.out.println("克隆对象:" + cloneType);
              System.out.println(prototype == cloneType);
              System.out.println(prototype.getHobby() == cloneType.getHobby());
          }
      

      原型对象:ConcretePrototype(age=22, name=jack, hobby=[java, python, go])
      克隆对象:ConcretePrototype(age=22, name=jack, hobby=[java, python, go, php])
      false
      false

      也可这样操作,多克隆一次

          public ConcretePrototype deepClone2() {
              try {
                  ConcretePrototype result = (ConcretePrototype) super.clone();
                  result.hobby = (List) ((ArrayList) result.hobby).clone();
                  return result;
              } catch (CloneNotSupportedException e) {
                  e.printStackTrace();
                  return null;
              }
          }
      

      单例的破坏

      如果克隆的目标对象是单例对象,深克隆就会破坏单例。

      解决方案:禁止深克隆。

      1.让单例类不实现Cloneable接口

      2.重写clone方法,在clone方法中返回单例对象即可

      @Data
      @ToString
      public class ConcretePrototype implements Cloneable {
          private static  ConcretePrototype instance = new ConcretePrototype();
          private ConcretePrototype(){}
          public static ConcretePrototype getInstance(){
              return instance;
          }
          @Override
          public ConcretePrototype clone() {
             return instance;
          }
      }
      

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