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
*/
@Override
protected 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;

@Override
protected 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 1970
Tue Sep 29 13:00:32 CST 1970
com.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();
}
}

@Override
protected 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
c4fc
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。