原型模式-浅克隆和深克隆的自我理解

原型模式是一种创建型设计模式,它通过复制一个已经存在的实例来返回新的实例,而不是新建实例.被复制的实例就是我们所称的原型,这个原型是可定制的.
原型模式多用于创建复杂的或者耗时的实例, 因为这种情况下,复制一个已经存在的实例可以使程序运行更高效,或者创建值相等,只是命名不一样的同类数据.

原型模式中的拷贝分为"浅拷贝"和"深拷贝":
浅拷贝: 对值类型的成员变量进行值的复制,对引用类型的成员变量只复制引用,不复制引用的对象.
深拷贝: 对值类型的成员变量进行值的复制,对引用类型的成员变量也进行引用对象的复制.

类图:

查看api object的clone()方法，这里面是这样说明的：

此方法返回的对象应该独立于该对象（正被复制的对象）。要获得此独立性，在 super.clone 返回对象之前，有必要对该对象的一个或多个字段进行修改。这通常意味着要复制包含正在被复制对象的内部“深层结构”的所有可变对象，并使用对副本的引用替换对这些对象的引用。如果一个类只包含基本字段或对不变对象的引用，那么通常不需要修改 super.clone 返回的对象中的字段。

Object 类的 clone 方法执行特定的复制操作。首先，如果此对象的类不能实现接口 Cloneable，则会抛出 CloneNotSupportedException。注意，所有的数组都被视为实现接口 Cloneable。否则，此方法会创建此对象的类的一个新实例，并像通过分配那样，严格使用此对象相应字段的内容初始化该对象的所有字段；这些字段的内容没有被自我复制。所以，此方法执行的是该对象的“浅表复制”，而不“深层复制”操作。

实例一:浅拷贝

public class Prototype implements Cloneable { private String name; public String getName() {  return name; } public void setName(String name) {  this.name = name; } public Object clone() {  try {   return super.clone();  } catch (CloneNotSupportedException e) {      e.printStackTrace();   return null;  } }  }public class TestMain { public static void main(String[] args) {  testPrototype(); }  private static void testPrototype(){  Prototype pro = new Prototype();  pro.setName("original object");  Prototype pro1 = (Prototype)pro.clone();  pro.setName("changed object1");    System.out.println("original object:" + pro.getName());  System.out.println("cloned object:" + pro1.getName());   }}

结果:
original object:changed object1
cloned object:original object

克隆的对象复制了String类型的name的引用，没有复制常量池中的对象，我们知道String是引用数据类型，在常量池中他的值只有一份，而且String的定义是,public final class String{},所以无法更改，当给克隆对象的name赋值时，会在常量池中重新建立一个新的字符串，对该name的赋值，指向新的字符串对象的地址。不能复制引用的对象。

原name的地址仍然指向原字符串对象。

浅拷贝: 对值类型的成员变量进行值的复制,对引用类型的成员变量只复制引用,不复制引用的对象.

既然String特性不能更改对象的值，再来一个自己写的小例子仔细说明：

package com.java.simpleclone;public class ConcretePrototype implements Cloneable{//引用类型     String name;     //引用类型     int[]  array;//数组对象public int[] getArray() {return array;}public void setArray(int[] array) {this.array = array;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public ConcretePrototype() {}@Overrideprotected Object clone(){// TODO Auto-generated method stubtry {return super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}return null;}}

客户端

package com.java.simpleclone;public class CloneTest {public static void main(String[] args) {ConcretePrototype cp=new ConcretePrototype();cp.setName("Orginal Prototype");cp.setArray(new int[]{1000,200});int[]  b=cp.getArray();System.out.println("克隆前cp "+cp.getName()+"==数组=="+cp.getArray()[0]);ConcretePrototype  cp2=(ConcretePrototype)cp.clone();cp2.setName("Copy Prototype");int[] a=cp2.getArray();//a[0]=500;cp2.setArray(a);System.out.print("是否同属于一个数组：");System.out.println(a==b);System.out.println("克隆后cp "+cp.getName()+"==数组=="+cp.getArray()[0]);System.out.println("克隆后cp2 "+cp2.getName()+"==数组=="+cp2.getArray()[0]);/** * 运行结果： * 克隆前cp Orginal Prototype==数组==1000            是否同属于一个数组：true            克隆后cp Orginal Prototype==数组==500            克隆后cp2 Copy Prototype==数组==500 *///克隆之后给cp2的数组重新定义，cp的数组的值改变了，这说明cp2.getArray() 获取的数组对象，跟cp里面的数组对象是同一个，        //        非常明白的说明了浅克隆的 只复制对象的引用，不复制引用对象  }}

运行结果：

克隆前cp Orginal Prototype==数组==1000
是否同属于一个数组：true
克隆后cp Orginal Prototype==数组==500
克隆后cp2 Copy Prototype==数组==500

下面对上面这个例子进行深克隆，深复制

package com.java.simpleclone;public class ConcretePrototype implements Cloneable{//引用类型     String name;     //引用类型     int[]  array;//数组对象public int[] getArray() {return array;}public void setArray(int[] array) {this.array = array;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public ConcretePrototype() {}@Overrideprotected Object clone(){ConcretePrototype cn=null;try {cn=(ConcretePrototype) super.clone();cn.array=this.array.clone();//api的说明，所有的数组都实现了clonable 接口，复制一个新的数组副本return cn;} catch (CloneNotSupportedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}return null;}}

客户端

package com.java.simpleclone;public class CloneTest {public static void main(String[] args) {ConcretePrototype cp=new ConcretePrototype();cp.setName("Orginal Prototype");cp.setArray(new int[]{1000,200});int[]  b=cp.getArray();System.out.println("克隆前cp "+cp.getName()+"==数组=="+cp.getArray()[0]);ConcretePrototype  cp2=(ConcretePrototype)cp.clone();cp2.setName("Copy Prototype");int[] a=cp2.getArray();//a[0]=500;cp2.setArray(a);System.out.print("是否同属于一个数组：");System.out.println(a==b);System.out.println("克隆后cp "+cp.getName()+"==数组=="+cp.getArray()[0]);System.out.println("克隆后cp2 "+cp2.getName()+"==数组=="+cp2.getArray()[0]);/** * 运行结果： * 克隆前cp Orginal Prototype==数组==1000            是否同属于一个数组：false            克隆后cp Orginal Prototype==数组==1000            克隆后cp2 Copy Prototype==数组==500 *///克隆之后给cp2的数组重新定义，cp的数组的值没有改变，这说明cp2.getArray() 获取的数组对象，跟cp里面的数组对象不是同一个，      //说明我们的深复制成功了}}

实例二: 浅拷贝

public class Prototype{ private String name; public String getName() {  return name; } public void setName(String name) {  this.name = name; }  }public class NewPrototype implements Cloneable {  private String id;  public String getId() {  return id; } public void setId(String id) {  this.id = id; } private Prototype prototype;  public Prototype getPrototype() {  return prototype; } public void setPrototype(Prototype prototype) {  this.prototype = prototype; } public Object clone(){   try {   return super.clone();  } catch (CloneNotSupportedException e) {   e.printStackTrace();   return null;  }   }}public class TestMain { public static void main(String[] args) {  // TODO Auto-generated method stub  testPrototype(); }  private static void testPrototype(){  Prototype pro = new Prototype();  pro.setName("original object");  NewPrototype newObj = new NewPrototype();  newObj.setId("test1");  newObj.setPrototype(pro);    NewPrototype copyObj = (NewPrototype)newObj.clone();  copyObj.setId("testCopy");  copyObj.getPrototype().setName("changed object");    System.out.println("original object id:" + newObj.getId());  System.out.println("original object name:" + newObj.getPrototype().getName());    System.out.println("cloned object id:" + copyObj.getId());  System.out.println("cloned object name:" + copyObj.getPrototype().getName());   }}

结果:
original object id:test1
original object name:changed object
cloned object id:testCopy
cloned object name:changed object

实例三: 深拷贝

public class Prototype implements Cloneable { private String name; public String getName() {  return name; } public void setName(String name) {  this.name = name; } public Object clone() {  try {    return super.clone();  } catch (CloneNotSupportedException e) {      e.printStackTrace();   return null;  } }  }public class NewPrototype implements Cloneable {  private String id;  public String getId() {  return id; } public void setId(String id) {  this.id = id; } private Prototype prototype;  public Prototype getPrototype() {  return prototype; } public void setPrototype(Prototype prototype) {  this.prototype = prototype; } public Object clone(){  NewPrototype ret = null;  try {   ret = (NewPrototype)super.clone();   ret.prototype = (Prototype)this.prototype.clone();   return ret;  } catch (CloneNotSupportedException e) {   e.printStackTrace();   return null;  }   }}public class TestMain { /**  * @param args  */ public static void main(String[] args) {  testDeepCopy(); }  private static void testDeepCopy(){  Prototype pro = new Prototype();  pro.setName("original object");  NewPrototype newObj = new NewPrototype();  newObj.setId("test1");  newObj.setPrototype(pro);    NewPrototype copyObj = (NewPrototype)newObj.clone();  copyObj.setId("testCopy");  copyObj.getPrototype().setName("changed object");    System.out.println("original object id:" + newObj.getId());  System.out.println("original object name:" + newObj.getPrototype().getName());    System.out.println("cloned object id:" + copyObj.getId());  System.out.println("cloned object name:" + copyObj.getPrototype().getName());   }}

结果:
original object id:test1
original object name:original object
cloned object id:testCopy
cloned object name:changed object

实例四: 利用串行化来做深复制
把对象写道流里的过程是串行化(Serilization)过程;把对象从流中读出来是并行化(Deserialization)过程. 写在流里的是对象的一个拷贝,然后再从流里读出来重建对象.

public class PrototypeSe implements Serializable { private String name; public String getName() {  return name; } public void setName(String name) {  this.name = name; }}public class NewPrototypeSe implements Serializable {  private String id;  public String getId() {  return id; } public void setId(String id) {  this.id = id; } private PrototypeSe prototype;  public PrototypeSe getPrototype() {  return prototype; } public void setPrototype(PrototypeSe prototype) {  this.prototype = prototype; }  public Object deepClone(){  try {   ByteArrayOutputStream bo = new ByteArrayOutputStream();   ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(bo);      oo.writeObject(this);         ByteArrayInputStream bi = new ByteArrayInputStream(bo.toByteArray());   ObjectInputStream oi = new ObjectInputStream(bi);   return oi.readObject();   } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {   // TODO Auto-generated catch block   e.printStackTrace();   return null;  } }}public class TestDeepClone { public static void main(String[] args) {  // TODO Auto-generated method stub  PrototypeSe po = new PrototypeSe();  po.setName("test1");  NewPrototypeSe se = new NewPrototypeSe();  se.setPrototype(po);    NewPrototypeSe deepClone = (NewPrototypeSe)se.deepClone();  deepClone.getPrototype().setName("test2");    System.out.println("original name:" + se.getPrototype().getName());  System.out.println("cloned name:" + deepClone.getPrototype().getName()); }}

结果:
original name:test1
cloned name:test2

本文部分摘自互联网。