五 Java设计模式解析(原型模式)

1️⃣概念

定义:指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;
特点:不需要知道任何的创建细节,并且不调用构造函数;
类型:创建型;

2️⃣适用场景

类初始化消耗太多资源;
new产生的一个对象需要非常繁琐的过程(数据准备 访问权限等);
构造函数比较复杂;
循环体中生产大量的对象时;

3️⃣优点

原型模式性能比直接new一个对象性能高;
简化创建过程

4️⃣缺点

必须配备克隆方法;
对克隆复杂对象或者对克隆出的对象进行复杂改造时,容易引入风险;
深拷贝和浅拷贝要运用得当;

5️⃣原型模式Coding

①创建一个发邮件的场景

public class Mail implements Cloneable{
    private String name;
    private String emailAddress;
    private String content;
    public Mail(){
        System.out.println("Mail Class Constructor");
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getEmailAddress() {
        return emailAddress;
    }

    public void setEmailAddress(String emailAddress) {
        this.emailAddress = emailAddress;
    }

    public String getContent() {
        return content;
    }

    public void setContent(String content) {
        this.content = content;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Mail{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", emailAddress='" + emailAddress + '\'' +
                ", content='" + content + '\'' +
                '}'+super.toString();
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("clone mail object");
        return super.clone();
    }
}

②创建MailUtil工具类

public class MailUtil {
    public static void sendMail(Mail mail){
        String outputContent = "向{0}同学,邮件地址:{1},邮件内容:{2}发送邮件成功";
        System.out.println(MessageFormat.format(outputContent,mail.getName(),mail.getEmailAddress(),mail.getContent()));
    }
    public static void saveOriginMailRecord(Mail mail){
        System.out.println("存储originMail记录,originMail:"+mail.getContent());
    }
}

③编写测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Mail mail = new Mail();
        mail.setContent("初始化模板");
        System.out.println("初始化mail:"+mail);
        for(int i = 0;i < 10;i++){
            Mail mailTemp = (Mail) mail.clone();
            mailTemp.setName("姓名"+i);
            mailTemp.setEmailAddress("姓名"+i+"@test.com");
            mailTemp.setContent("恭喜您,此次活动中奖了");
            MailUtil.sendMail(mailTemp);
            System.out.println("克隆的mailTemp:"+mailTemp);
        }
        MailUtil.saveOriginMailRecord(mail);
    }
}
6️⃣UML类图
7️⃣深克隆与浅克隆
(1)浅克隆

①创建pig类

public class Pig implements Cloneable{
    private String name;
    private Date birthday;

    public Pig(String name, Date birthday) {
        this.name = name;
        this.birthday = birthday;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Date getBirthday() {
        return birthday;
    }

    public void setBirthday(Date birthday) {
        this.birthday = birthday;
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Pig pig = (Pig)super.clone();
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Pig{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", birthday=" + birthday +
                '}'+super.toString();
    }
}

②编写测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
        Date birthday = new Date(0L);
        Pig pig1 = new Pig("佩奇",birthday);
        Pig pig2 = (Pig) pig1.clone();
        System.out.println(pig1);
        System.out.println(pig2);

        pig1.getBirthday().setTime(666666666666L);

        System.out.println(pig1);
        System.out.println(pig2);
    }
}
从结果中可以看出,先打印的pig1与pig2的内容是一致的,在设置完生日以后打印的一组结果内容也是一致的,但是我们发现在我们设置完pig1的生日以后,后打印的一组内容的生日都发生了变化,这又是为什么呢?我们通过debug找到了答案;
通过分析我们找到了原因,pig1与pig2对象所使用的生日属性都是一个对象的,所以我们在修改完生日以后两个对象的内容都发生了变化(也就是说我们引用的克隆对象都是同一个对象,当我们修改被克隆对象的属性的时候,克隆出来的对象属性也会跟着发生变化);这就是浅克隆,同时默认的也是浅克隆;
(2)深克隆

从上边的结论中我们可以得出,默认的克隆方式是浅克隆,那么怎么实现深克隆呢?其实也简单,只要我们对对象的引用类型也添加克隆实现就可以解决了;

@Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Pig pig = (Pig)super.clone();

        //深克隆
        pig.birthday = (Date) pig.birthday.clone();
        return pig;
    }

通过上图我们可以看出在我们进行了引用属性的深克隆以后,最后一组对象的内容已经发生了变化,同时debug的时候内存中引用的对象也发生了变化,效果已经达到了我们的预期;

注意:在使用原型模式的时候一定要进行深克隆,否则可能会出现Bug
8️⃣原型模式破坏单例

①使用HungrySingleton

public class HungrySingleton implements Serializable,Cloneable{

    private final static HungrySingleton hungrySingleton;

    static{
        hungrySingleton = new HungrySingleton();
    }
    private HungrySingleton(){
        if(hungrySingleton != null){
            throw new RuntimeException("单例构造器禁止反射调用");
        }
    }
    public static HungrySingleton getInstance(){
        return hungrySingleton;
    }

    private Object readResolve(){
        return hungrySingleton;
    }

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

②编写测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
        HungrySingleton hungrySingleton = HungrySingleton.getInstance();
        Method method = hungrySingleton.getClass().getDeclaredMethod("clone");
        method.setAccessible(true);
        HungrySingleton cloneHungrySingleton = (HungrySingleton) method.invoke(hungrySingleton);
        System.out.println(hungrySingleton);
        System.out.println(cloneHungrySingleton);
    }
}
可以看到通过使用clone我们依旧破坏了单例,那要如何才能解决这个问题呢?
①单例类不实现Cloneable接口;
②单例类在重写clone方法时不使用默认的实现,将其修改为
@Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return getInstance();
    }

可以看到通过以上的修改,再次运行测试类的时候两个对象就完全是一致的了;

9️⃣原型模式的实际应用

①JDK中原型模式的使用

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
/**
     * Returns a shallow copy of this <tt>ArrayList</tt> instance.  (The
     * elements themselves are not copied.)
     *
     * @return a clone of this <tt>ArrayList</tt> instance
     */
    public Object clone() {
        try {
            ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();
            v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
            v.modCount = 0;
            return v;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            // this shouldn't happen, since we are Cloneable
            throw new InternalError(e);
        }
    }
同理hashMap也实现了克隆接口也重写了克隆方法,也就是说HashMap也应用了原型模式;
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