Java设计模式之原型模式

一、原型模式概述

场景：
1)思考一下：克隆技术是怎么样的过程？克隆羊多利大家还记得吗？
2)javascript语言中的继承怎么实现？那里面也有prototype，大家还记得吗？

原型模式：
1)通过new产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，则可以使用原型模式。
2)就是java中的克隆技术，以某个对象为原型，复制出新的对象。显然，新的对象具备原型对象的特点。
3)优势有：效率高(直接克隆，避免了重新执行构造过程步骤)。
4)克隆类似于new，但是不同于new。New创建新的对象属性采用的是默认值。克隆出的对象属性值完全和原型对象相同。并且克隆出的新对象改变不会影响原型对象。然后再修改原型对象的值。

原型模式实现：
1)Cloneable接口和clone方法。
2)prototype模式中实现起来最困难的地方就是内存复制操作，所幸在Java中提供了clone()方法替我们做了绝大部分事情。

注意用词：克隆和拷贝是一回事！

二、 Cloneable接口实现克隆模式

下面以克隆羊多利为例实现克隆。

Sheep.java源代码：

package com.bjsxt.prototype;import java.io.Serializable;import java.util.Date;/** * 要实现克隆,必须实现Clonable接口,Cloneable接口是标记性接口 * @author Administrator * 1997,英国的克隆羊，多利！ */public class Sheep implements Cloneable,Serializable {   private String sname;private Date birthday;/** * Object类中的方法 */@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {Object obj = super.clone();  //直接调用object对象的clone()方法！return obj;}public String getSname() {return sname;}public void setSname(String sname) {this.sname = sname;}public Date getBirthday() {return birthday;}public void setBirthday(Date birthday) {this.birthday = birthday;}public Sheep(String sname, Date birthday) {super();this.sname = sname;this.birthday = birthday;}public Sheep() {}}

Client.java测试类(浅克隆)：

package com.bjsxt.prototype;import java.util.Date;/** * 测试原型模式(浅克隆) * @author 尚学堂高淇 www.sxt.cn * */public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {Date date = new Date(12312321331L);Sheep s1 = new Sheep("少利",date);System.out.println(s1);System.out.println(s1.getSname());System.out.println(s1.getBirthday());//修改s1的出生时间date.setTime(23432432423L);System.out.println(s1.getBirthday());Sheep s2 = (Sheep) s1.clone();s2.setSname("多利");System.out.println(s2);System.out.println(s2.getSname());//因为s1和s2共同指向一个date,因此这里的时间和s1修改后的时间值是相同的System.out.println(s2.getBirthday());}}

测试运行结果(注意修改时间后，两个时间都变了，也就是说指向的是同一个引用)：
com.bjsxt.prototype.Sheep@16bf4472
少利
Sat May 23 20:05:21 CST 1970
Tue Sep 29 13:00:32 CST 1970
com.bjsxt.prototype.Sheep@459232d7
多利
Tue Sep 29 13:00:32 CST 1970
Sheep2.java中的代码(深克隆)：

package com.bjsxt.prototype;import java.util.Date;/** * 测试深复制,本质是把属性也进行复制 * @author Administrator * 1997,英国的克隆羊，多利！ */public class Sheep2 implements Cloneable {  private String sname;private Date birthday;@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {Object obj = super.clone();  //直接调用object对象的clone()方法！//添加如下代码实现深复制(deep Clone)Sheep2 s = (Sheep2) obj;s.birthday = (Date) this.birthday.clone();  //把属性也进行克隆！return obj;}public String getSname() {return sname;}public void setSname(String sname) {this.sname = sname;}public Date getBirthday() {return birthday;}public void setBirthday(Date birthday) {this.birthday = birthday;}public Sheep2(String sname, Date birthday) {super();this.sname = sname;this.birthday = birthday;}public Sheep2() {}}

深克隆测试类代码：

package com.bjsxt.prototype;import java.util.Date;/** * 原型模式(深复制) * @author 尚学堂高淇www.sxt.cn * */public class Client2 {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {Date date = new Date(12312321331L);Sheep2 s1 = new Sheep2("少利",date);Sheep2 s2 = (Sheep2) s1.clone();   //实现深复制。s2对象的birthday是一个新对象！System.out.println(s1);System.out.println(s1.getSname());System.out.println(s1.getBirthday());date.setTime(23432432423L);System.out.println(s1.getBirthday());s2.setSname("多利");System.out.println(s2);System.out.println(s2.getSname());System.out.println(s2.getBirthday());}}

控制台打印的内容：

com.bjsxt.prototype.Sheep2@6726a408少利Sat May 23 20:05:21 CST 1970Tue Sep 29 13:00:32 CST 1970com.bjsxt.prototype.Sheep2@147e4f0多利Sat May 23 20:05:21 CST 1970

三、利用序列化和反序列化实现深克隆

具体代码如下：

package com.bjsxt.prototype;import java.io.ByteArrayInputStream;import java.io.ByteArrayOutputStream;import java.io.ObjectInputStream;import java.io.ObjectOutputStream;import java.util.Date;/** * 原型模式(深复制,使用序列化和反序列化的方式实现深复制) * @author 尚学堂高淇www.sxt.cn * */public class Client3 {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException, Exception {Date date = new Date(12312321331L);Sheep s1 = new Sheep("少利",date);System.out.println(s1);System.out.println(s1.getSname());System.out.println(s1.getBirthday());//使用序列化和反序列化实现深复制ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();ObjectOutputStream    oos = new ObjectOutputStream(bos);oos.writeObject(s1);byte[] bytes = bos.toByteArray();ByteArrayInputStream  bis = new ByteArrayInputStream(bytes);ObjectInputStream  ois = new ObjectInputStream(bis);Sheep s2 = (Sheep) ois.readObject();   //克隆好的对象！System.out.println("修改原型对象的属性值");  date.setTime(23432432423L);System.out.println(s1.getBirthday());s2.setSname("多利");System.out.println(s2);System.out.println(s2.getSname());System.out.println(s2.getBirthday());}}

运行结果如下：

com.bjsxt.prototype.Sheep@15db9742

少利

SatMay 23 20:05:21 CST 1970

修改原型对象的属性值

TueSep 29 13:00:32 CST 1970

com.bjsxt.prototype.Sheep@677327b6

多利

SatMay 23 20:05:21 CST 1970

四、使用原型模式与new创建对象效率对比

具体代码如下：

package com.bjsxt.prototype;/** * 测试普通new方式创建对象和clone方式创建对象的效率差异！ * 如果需要短时间创建大量对象，并且new的过程比较耗时。则可以考虑使用原型模式！ * @author 尚学堂高淇 www.sxt.cn * */public class Client4 {public static void testNew(int size){long start = System.currentTimeMillis();for(int i=0;i<size;i++){Laptop t = new Laptop();}long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("new的方式创建耗时："+(end-start));}public static void testClone(int size) throws CloneNotSupportedException{long start = System.currentTimeMillis();Laptop t = new Laptop();for(int i=0;i<size;i++){Laptop temp = (Laptop) t.clone();}long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("clone的方式创建耗时："+(end-start));}public static void main(String[] args) throws Exception {testNew(1000);testClone(1000);}}class Laptop implements Cloneable {  //笔记本电脑public Laptop() {try {Thread.sleep(10);  //模拟创建对象耗时的过程!} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {Object obj = super.clone();  //直接调用object对象的clone()方法！return obj;}}

运行结果：

new的方式创建耗时：10094

clone的方式创建耗时：10

开发中应用的场景：

         原型模式很少单独出现，一般是和工厂方法模式一起出现，通过clone的方法创建一个对象，然后由工厂方法提供给调用者。

1)在Spring中bean的创者实际就是两种：单例模式和原型模式。(当然，原型模式需要与工厂模式搭配起来)。

五、创建型模式总结

创建型模式：都是用来帮助我们创建对象的！

1)单例模式

  ①保证类只有一个实例，并且提供一个访问该实例的全局访问点。

2)工厂模式

  ①简单工厂模式

用来生产同一等级结构中的任意产品。(对于增加新的产品，需要修改已有的代码)

  ②工厂方法模式

用来生产同一等级结构中的固定产品。(支持增加任意产品)

  ③抽象工厂模式

用来生产不同产品族的全部产品。(对于增加新的产品，无能为力；支持增加产品族)

3)建造者模式

  ①分离了对象子组件的单独构造(有Builder来负责)和装配(由Director负责)。从而可以构造出复杂的对象。

4)原型模式

   ①通过new产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，则可以使用原型模式。