文章目录

• • • 详解Java设计模式之原型模式
    • • 案例引入原型模式
      • 原型模式
      • • 定义
        • 模式分析
        • 模式结构UML表示
        • 模式包含的角色
        • 深克隆和浅克隆
        • • 浅克隆
        • 实例案例分析
        • • 浅克隆解决方案及代码
        • 原型管理器
        • • 定义
          • UML类图
          • 代码实现
        • 模式优点
        • 模式缺点
        • 模式适用环境

详解Java设计模式之原型模式

案例引入原型模式

• 孙悟空拔毛变小猴

  

• 分析

  • 孙悟空：根据自己的形状和模样复制（克隆）出多个身外身
  • 软件开发：通过复制一个原型对象得到多个与原型对象一模一样的新对象

​

原型模式

定义

原型模式：使用原型对象实例指定待创建的对象的类型，并且通过复制这个原型来创建新的对象。

Prototype Pattern: Specify the kinds of objects to create using a prototypical instance,and create new objects by copying this prototype.

• 属于对象创建型模式

模式分析

• 工作原理：将一个原型对象传给要发动创建的对象（即客户端对象），这个要发动创建的对象通过请求原型对象来复制自己来实现创建过程。
• 创建新对象（也称为克隆对象）的工厂就是原型类本身，工厂方法由负责复制原型对象的克隆方法来实现
• 通过克隆方法所创建的对象是全新的对象，他们在内存中拥有新的地址，每个克隆对象都是独立的。

模式结构UML表示

模式包含的角色

• Prototype 抽象原型类
• ConcretePrototype 具体原型类
• Client 客户类

深克隆和浅克隆

浅克隆

浅克隆（Shallow Clone）：当原型对象被复制时，只是复制它本身和其中包含的值类型的成员变量，而引用类型的成员变量并没有复制。

深克隆

深克隆（Deep Clone）：除了对象本身被复制外，对象所包含的所有成员变量也将被复制

实例案例分析

在使用某OA系统时，有些岗位的员工发现他们每周的工作都大同小异，因此在填写工作周报时很多内容都是重复的。为了提高工作周报的创建效率，大家迫切希望有一种机制能够快速创建相同或者相似的周报，包括创建周报的附件。
试使用原型模式对该OA系统中的工作周报创建模块进行改进。

浅克隆解决方案及代码

由于代码部分偏长，请移步我的Gitte

src/csu/edu/cn/designpattern/prototypepattern · PlusHuang/HelloWord - 码云 - 开源中国 (gitee.com)

运行结果

周报是否相同？false
附件是否相同？true

在浅克隆的实现中，实现了java.lang的Cloneable接口，该接口为一个标志接口，内部为空，同时实现了顶级Object的clone（）方法实现了浅克隆。

在客户端类的测试中，我们先创建了一个周报对象，在调用周报的克隆方法得到了一个新的对象，测试发现新对象和原对象内存地址是不一样的，是两个不同对象，但比较他们的对象成员attachment发现两者是一样的，即验证了浅克隆。

深克隆的解决方案及代码

• 解决思想

  为了在复制周报的时候也能够复制附件对象，我们需要深克隆机制。在Java语言中，我们可以通过序列化的方式Serialization等方式来实现深克隆。**序列化就是将对象写到流的过程，写到流中的对象是原有对象的一个复制，而原对象仍在内存中。**通过序列化实现的复制不仅可以复制对象本身，而且可以复制其引用的成员对象，因此通过序列化将对象写到流中，再从流中读出来，可以实现深克隆。需要注意的是，能够实现序列化的对象其类必须实现Serializable接口，否则无法实现序列化操作。

由于代码部分偏长，请移步我的Gitte

HelloWord: Java设计模式之简单工厂模式及 - Gitee.com

运行结果

周报是否相同？false
附件是否相同？false

• 深克隆关键代码

      //实现深克隆
      public WeekLog deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
  
          //1.将对象写到流
          ByteArrayOutputStream bao = new ByteArrayOutputStream();
          ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bao);
          oos.writeObject(this);
          //将对象从流中取出
          ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bao.toByteArray());
          ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
          return (WeekLog) ois.readObject();
  
      }
  

原型管理器

定义

原型管理器(Prototype Manager)将多个原型对象存储在一个集合中供客户端使用，它是一个专门负责克隆对象的工厂，其中定义了一个集合用于存储原型对象，如果需要某个原型对象的一个克隆，可以通过复制集合中对应的原型对象来获得

UML类图

代码实现

import java.util.*;

public class PrototypeManager {
    private Hashtable prototypeTable=new Hashtable();  //使用Hashtable存储原型对象
    public PrototypeManager() {
        prototypeTable.put("A", new ConcretePrototypeA());
        prototypeTable.put("B", new ConcretePrototypeB());
    }
   
    public void add(String key, Prototype prototype) {
        prototypeTable.put(key,prototype);
    } 

    public Prototype get(String key) {
        Prototype clone = null;
        clone = ((Prototype) prototypeTable.get(key)).clone(); //通过克隆方法创建新对象
        return clone;
    }
}

模式优点

• 简化对象的创建过程，通过复制一个已有实例可以提高新实例的创建效率
• 扩展性较好
• 提供了简单的创建结构，原型模式中产品的复制是通过封装在原型类中的克隆方法实现的，无须专门的工厂类来创建产品
• 可以使用深克隆的方式保存对象的状态，以便在需要的时候使用，可辅助实现撤销操作

模式缺点

• 需要为每一个类配备一个克隆方法，而且该克隆方法位于一个类的内部，当对已有的类进行改造时，需要修改源代码，违背了开闭原则
• 在实现深克隆时需要编写较为复杂的代码，而且当对象之间存在多重的嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支持深克隆，实现起来可能会比较麻烦

模式适用环境

• 创建新对象成本较大，新对象可以通过复制已有对象来获得，如果是相似对象，则可以对其成员变量稍作修改
• 系统要保存对象的状态，而对象的状态变化很小
• 需要避免使用分层次的工厂类来创建分层次的对象
• Ctrl + C -> Ctrl + V