原型设计模式

1、克隆羊问题

现在有一只羊，姓名为：tom，年龄为：1，颜色为：白色，请编写程序创建和tom杨属性完全相同的10只羊。

// 传统解决方式
public class Sheep {
    private String name;
    private Integer age;
    private String color;
    
    public Sheep() {}
    public Sheep(String name, Integer age, String color) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
    }
    
    getter()...
    setter()...
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Sheep sp1 = new Sheep("tom", 1, "White");
        Sheep sp2 = new Sheep(sp1.getName(), sp1.getAge(), sp1.getColor());
        Sheep sp3 = new Sheep(sp1.getName(), sp1.getAge(), sp1.getColor());
        Sheep sp4 = new Sheep(sp1.getName(), sp1.getAge(), sp1.getColor());
        Sheep sp5 = new Sheep(sp1.getName(), sp1.getAge(), sp1.getColor());
        Sheep sp6 = new Sheep(sp1.getName(), sp1.getAge(), sp1.getColor());
        Sheep sp7 = new Sheep(sp1.getName(), sp1.getAge(), sp1.getColor());
        Sheep sp8 = new Sheep(sp1.getName(), sp1.getAge(), sp1.getColor());
        Sheep sp9 = new Sheep(sp1.getName(), sp1.getAge(), sp1.getColor());
        Sheep sp10 = new Sheep(sp1.getName(), sp1.getAge(), sp1.getColor());
    }
}

【1】以上传统方式的优缺点

1）优点是比较好理解，简单易操作。

2）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。

3）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。

4）改进的思路分析。

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。

2、原型模式——基本介绍

1）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。

2）原型模式是一种创建型设计模式，允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，无需知道如何创建的细节。

3）工作原理：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()。

4）形象的理解：孙大圣拔出猴毛，变出其他孙大圣。

5）原型模式结构

抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的clone()方法。
具体原型类：实现抽象原型类的clone()方法，它是可被复制的对象。
访问类：使用具体原型类中的clone()方法来复制新的对象。

public class Sheep implements Cloneable{
    private String name;
    private Integer age;
    private String color;
    
    public Sheep() {}
    public Sheep(String name, Integer age, String color) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
    }
    
    getter()...
    setter()...
        
    // 克隆该实例，使用默认的clone方法来完成。
    @Override
    protected Sheep clone() {
        Sheep sheep = null;
        try {
            sheep = (Sheep)super.clone();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        return sheep;
    }
}

3、浅拷贝和深拷贝

【1】浅拷贝的介绍

1）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。

2）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。

3）前面我们克隆羊就是浅拷贝。

4）浅拷贝是使用默认的clone()方法来实现。

Java中的Object类中提供了clone()方法来实现浅克隆。Cloneable接口是上面的类图中的抽象原型类，而实现了Cloneable接口的子实现类就是具体的原型类。

sheep = (Sheep)super.clone();

【2】深拷贝的介绍

1）复制对象的所有基本数据类型的成员变量值。

2）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。

3）深拷贝实现方式1：重写clone方法来实现深拷贝。

4）深拷贝实现方式2：通过对象序列化实现深拷贝。

DeepProtoType、DeepCloneableTarget类在使用方式2时必须实现Serializable接口，否则会抛NotSerializableException异常。

// 深拷贝的实现
public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String cloneName;
    private String cloneClass;
    
    public DeepCloneableTarget(String cloneName, String cloneClass) {
        this.cloneName = cloneName;
        this.cloneClass = cloneClass;
    }
    
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable {
    public String name;
    public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;
    
    // 深拷贝-方式1
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        // 完成对基本数据类型（属性）和String的克隆
        DeepProtoType deep = (DeepProtoType)super.clone();
        DeepCloneableTarget dpct = 
            (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();
        deep.deepCloneableTarget = dpct;
        return deep;
    }
    
    // 深拷贝-方式2  通过对象序列化实现（推荐）
    public Object deepClone() {
        // 创建流对象
        try(ByteArrayOutputStream bos = null;
            ObjectOutputStream oos = null;
            ByteArrayInputStream bis = null;
            ObjectInputStream ois = null;) {
            
            // 序列化
            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();
            return copyObj;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}