设计模式 - 原型模式(4/23)

原型模式

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，同时也能提高效率

不用重新初始化对象，而是动态的获得对象运行时的状态

如果原始对象发生变化（增加、减少属性），其他克隆对象也会响应的变化，无需修改代码

缺点：需要为每个类配备一个克隆方法，对全新类来说不难，但是对已有的类进行改造时，需要修改源代码。违背了 OCP（开闭原则）

一、不使用原型模式

在不使用原型模式时，我们要实例化新的对象，需要不停的 new 才能得到新的对象

下面我们看一个案例

public class Sheep {
    private String name;
    private int age;
    private String color;
    private List<String> data;

    public Sheep(String name, int age, String color) {
        System.out.println("开始实例化小羊....");
        long start = System.currentTimeMillis();
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
        System.out.println("获取小羊的科研数据");
        this.data = this.request();
        System.out.println("小羊的科研数据获取成功");
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("小羊实例化成功。" + "用时: " + ((end - start) / 1000) + "秒");
    }

    private long random(int max, int min) {
        return (long) (Math.random() * (max - min) + min);
    }

    /**
     * 获取克隆小羊基本数据
     */
    private List<String> request() {
        List<String> data = new ArrayList<>();
        data.add("眼睛: 深棕色");
        data.add("身高: 166");
        data.add("身体健康");
        try {
            Thread.sleep(random(5000, 1000));
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return data;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    public List<String> getData() {
        return data;
    }

    public void setData(List<String> data) {
        this.data = data;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        long start = System.currentTimeMillis();
        int a = 5;
        for (int i = 0; i < a; i++) {
            Sheep sheep = new Sheep("小羊", 18, "white");
            System.out.println(sheep.getName());
            System.out.println(sheep.toString());
            System.out.println("########################################");
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("本次创建小羊。" + a + "只，用时: " + ((end - start) / 1000) + "秒");
    }
}

console

开始实例化小羊....
获取小羊的科研数据
小羊的科研数据获取成功
小羊实例化成功。用时: 2秒
小羊
org.example.prototype.example1.Sheep@4554617c
########################################
开始实例化小羊....
获取小羊的科研数据
小羊的科研数据获取成功
小羊实例化成功。用时: 4秒
小羊
org.example.prototype.example1.Sheep@74a14482
########################################
开始实例化小羊....
获取小羊的科研数据
小羊的科研数据获取成功
小羊实例化成功。用时: 4秒
小羊
org.example.prototype.example1.Sheep@1540e19d
########################################
开始实例化小羊....
获取小羊的科研数据
小羊的科研数据获取成功
小羊实例化成功。用时: 1秒
小羊
org.example.prototype.example1.Sheep@677327b6
########################################
开始实例化小羊....
获取小羊的科研数据
小羊的科研数据获取成功
小羊实例化成功。用时: 3秒
小羊
org.example.prototype.example1.Sheep@14ae5a5
########################################
本次创建小羊。5只，用时: 16秒

Process finished with exit code 0

二、使用原型模式（浅拷贝）

实现 Cloneable 接口

提供一个 clone 方法

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

当我们每次创建小羊都要去获取小羊时，我们每次都需要去获取小羊的基本信息。这将会非常的耗时。我们一共创建了 5 只羊，耗时了16秒。下面我们使用克隆的方式来直接克隆小羊

/**
 * 小羊需要实现 Cloneable 接口
 * Cloneable 接口并没有任何的方法
 * <p> public interface Cloneable {} </p>
 *  实现的目的仅仅是标注 Sheep 类可以通过 clone 来获得新的小羊
 */
public class Sheep implements Cloneable{
    private String name;
    private int age;
    private String color;
    private List<String> data;

    public Sheep(String name, int age, String color) {
        System.out.println("开始实例化小羊....");
        long start = System.currentTimeMillis();
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
        System.out.println("获取小羊的科研数据");
        this.data = this.request();
        System.out.println("小羊的科研数据获取成功");
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("小羊实例化成功。" + "用时: " + ((end - start) / 1000) + "秒");
    }

    private long random(int max, int min) {
        return (long) (Math.random() * (max - min) + min);
    }

    /**
     * 获取克隆小羊基本数据
     */
    private List<String> request() {
        List<String> data = new ArrayList<>();
        data.add("眼睛: 深棕色");
        data.add("身高: 166");
        data.add("身体健康");
        try {
            Thread.sleep(random(5000, 1000));
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return data;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    public List<String> getData() {
        return data;
    }

    public void setData(List<String> data) {
        this.data = data;
    }

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

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        long start = System.currentTimeMillis();
        int a = 5;
        Sheep sheep = new Sheep("小羊", 18, "white");
        for (int i = 0; i < a; i++) {
            Sheep clone = (Sheep) sheep.clone();
            System.out.println(clone.getName());
            System.out.println(clone.toString());
            System.out.println("########################################");
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("本次克隆小羊。" + a + "只，用时: " + ((end - start) / 1000) + "秒");
    }
}

console

开始实例化小羊....
获取小羊的科研数据
小羊的科研数据获取成功
小羊实例化成功。用时: 1秒
小羊
org.example.prototype.example1.Sheep@4554617c
########################################
小羊
org.example.prototype.example1.Sheep@74a14482
########################################
小羊
org.example.prototype.example1.Sheep@1540e19d
########################################
小羊
org.example.prototype.example1.Sheep@677327b6
########################################
小羊
org.example.prototype.example1.Sheep@14ae5a5
########################################
本次创建小羊。5只，用时: 1秒

Process finished with exit code 0

通过 console 可以观察到，我们通过 clone 出的羊都是不同的羊。他们都不需要重新去走构造方法，他们也都有名字。

不过随后我们会发现，我们的 clone 方法只能 clone 最基本的属性，如果属性变成了一个引用类型。那这个引用类型被修改的时候将会影响到其他的小羊，这不是我们想要的

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        long start = System.currentTimeMillis();
        int a = 5;
        Sheep sheep = new Sheep("小羊", 18, "white");

        Sheep clone = (Sheep) sheep.clone();
        clone.setName("小羊羊");
        List<String> data = clone.getData();
        data.add("小羊羊拟人形态");
        data.add("肤白貌美大长腿");
        System.out.println(clone.getName());
        System.out.println(String.join("，", clone.getData()));
        System.out.println("########################################");

        Sheep clone2 = (Sheep) sheep.clone();
        System.out.println(clone2.getName());
        System.out.println(String.join("，", clone2.getData()));

        System.out.println("########################################");
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("本次创建小羊。" + a + "只，用时: " + ((end - start) / 1000) + "秒");
    }
}

console

开始实例化小羊....
获取小羊的科研数据
小羊的科研数据获取成功
小羊实例化成功。用时: 2秒
小羊羊
眼睛: 深棕色，身高: 166，身体健康，小羊羊拟人形态，肤白貌美大长腿
########################################
小羊
眼睛: 深棕色，身高: 166，身体健康，小羊羊拟人形态，肤白貌美大长腿
########################################
本次创建小羊。5只，用时: 2秒

Process finished with exit code 0

我们更改了第一只小羊的名字，它没有影响到第二只小羊。但是我们更改它的引用对象数据的时。第二只小羊也被更改了，这不是我们想要的

三、使用原型模式（深拷贝）

在这里，我们将要解决小羊的数据修改会影响其他小羊的问题

/**
 * 通过序列化实现深度克隆小羊。深度克隆方法不止一种，但是我只用了这一种简洁的方式实现
 * 小羊需要实现 Serializable, Cloneable 接口
 * Serializable, Cloneable 接口并没有任何的方法
 * <p> public interface Serializable {} </p>
 * <p> public interface Cloneable {} </p>
 *  实现的目的仅仅是标注 Sheep 类可以通过 clone 来获得新的小羊
 */
public class Sheep implements Serializable, Cloneable{
    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private String name;
    private int age;
    private String color;
    private List<String> data;

    public Sheep(String name, int age, String color) {
        System.out.println("开始实例化小羊....");
        long start = System.currentTimeMillis();
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
        System.out.println("获取小羊的科研数据");
        this.data = this.request();
        System.out.println("小羊的科研数据获取成功");
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("小羊实例化成功。" + "用时: " + ((end - start) / 1000) + "秒");
    }

    private long random(int max, int min) {
        return (long) (Math.random() * (max - min) + min);
    }

    /**
     * 获取克隆小羊基本数据
     */
    private List<String> request() {
        List<String> data = new ArrayList<>();
        data.add("眼睛: 深棕色");
        data.add("身高: 166");
        data.add("身体健康");
        try {
            Thread.sleep(random(5000, 1000));
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return data;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    public List<String> getData() {
        return data;
    }

    public void setData(List<String> data) {
        this.data = data;
    }

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

    /**
     * 通过对象序列化实现深克隆
     */
    public Object deepClone() {

        /* 创建流对象*/
        ByteArrayOutputStream bos = null;
        ObjectOutputStream oos = null;
        ByteArrayInputStream bis = null;
        ObjectInputStream ois = null;

        try {
            // 序列化
            bos = new ByteArrayOutputStream();
            oos = new ObjectOutputStream(bos);
            oos.writeObject(this); // 当前对象一对象流的方式进行输出

            // 反序列化
            bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ois = new ObjectInputStream(bis);

            return ois.readObject();
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (bos != null ) bos.close();
                if (oos != null ) oos.close();
                if (bis != null ) bis.close();
                if (ois != null ) ois.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return null;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        long start = System.currentTimeMillis();
        int a = 5;
        Sheep sheep = new Sheep("小羊", 18, "white");

        Sheep clone = (Sheep) sheep.deepClone();
        clone.setName("小羊羊");
        List<String> data = clone.getData();
        data.add("小羊羊拟人形态");
        data.add("肤白貌美大长腿");
        System.out.println(clone.getName());
        System.out.println(String.join("，", clone.getData()));
        System.out.println("########################################");

        Sheep clone2 = (Sheep) sheep.deepClone();
        System.out.println(clone2.getName());
        System.out.println(String.join("，", clone2.getData()));

        System.out.println("########################################");
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("本次创建小羊。" + a + "只，用时: " + ((end - start) / 1000) + "秒");
    }
}

console

开始实例化小羊....
获取小羊的科研数据
小羊的科研数据获取成功
小羊实例化成功。用时: 2秒
小羊羊
眼睛: 深棕色，身高: 166，身体健康，小羊羊拟人形态，肤白貌美大长腿
########################################
小羊
眼睛: 深棕色，身高: 166，身体健康
########################################
本次创建小羊。5只，用时: 3秒

Process finished with exit code 0

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设计模式 - 原型模式(4/23)

原型模式

一、不使用原型模式

二、使用原型模式 （浅拷贝）

三、使用原型模式（深拷贝）

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二、使用原型模式（浅拷贝）