Java设计模式菜鸟系列(十六)原型模式建模与实现

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原型模式(Prototype)：该模式的思想就是将一个对象作为原型，对其进行复制、克隆，产生一个和原对象类似的新对象。而这里的复制有两种：浅复制、深复制。

浅复制：将一个对象复制后，基本数据类型的变量都会重新创建，而引用类型，指向的还是原对象所指向的。

深复制：将一个对象复制后，不论是基本数据类型还有引用类型，都是重新创建的。简单来说，就是深复制进行了完全彻底的复制，而浅复制不彻底。

下面通过示例进行说明：

一、浅复制

1、uml建模：

2、代码实现

/**
 * 原型模式：将一个对象作为原型，对其进行复制、克隆，产生一个和原对象类似的【新对象】。
 *
 * 而这里的复制有两种：浅复制、深复制
 *
 * 示例(一) 浅复制：将一个对象复制后，基本数据类型的变量都会重新创建，
 *
 * 而引用类型，指向的还是原对象所指向的，【不会重新创建】。
 */
class Prototype implements Cloneable {
	private int age;
	private int[] array = new int[] { 1, 2, 3 };

	public Prototype() {
	}

	public Prototype(int age) {
		this.age = age;
	}

	public int getAge() {
		return age;
	}

	public void setAge(int age) {
		this.age = age;
	}

	public int[] getArray() {
		return array;
	}

	public void setArray(int[] array) {
		this.array = array;
	}

	/**
	 * 因为Cloneable接口是个空接口
	 *
	 * 此处的重点是super.clone()这句话，super.clone()调用的是Object的clone()方法，而在Object类中，clone()是native的
	 *
	 * 这就涉及到JNI，关于JNI还有NDK以后会讲到，这里你只要记住浅复制的核心是super.clone()。
	 */
	public Object cloneObject() throws CloneNotSupportedException {
		Prototype prototype = (Prototype) super.clone();
		return prototype;
	}
}

/**
 * 客户端测试类
 *
 * @author Leo
 */
public class Test {
	public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
		Prototype prototype = new Prototype(20);
		Prototype cloneProto = (Prototype) prototype.cloneObject();
		/**
		 * 通过打印可以看到：prototype和cloneProto这两个同一类型的变量指向的是两个不同的内存地址
		 *
		 * 这说明克隆成功
		 */
		System.out.println("prototype = " + prototype);
		System.out.println("cloneProto = " + cloneProto);
		/**
		 * 要完全复制一个对象的话，那么它的引用类型变量array指向的肯定是不同的内存地址
		 *
		 * 而这里的引用类型变量array，指向的还是原对象所指向的。可以看到打印的内存地址是相同的。
		 *
		 * 这说明对象复制不彻底
		 */
		System.out.println("prototype.getArray() = " + prototype.getArray());
		System.out.println("cloneProto.getArray() = " + cloneProto.getArray());
		/**
		 * 透过这个例子可以看到：浅复制并没有将对象进行完全复制
		 */
	}
}

二、深复制

1、uml建模：

2、代码实现

/**
 * 示例(二) 深复制：将一个对象复制后，不论是基本数据类型还有引用类型，都是【重新创建】的。
 *
 * 简单来说，就是深复制进行了完全彻底的复制，而浅复制不彻底。
 *
 * 由于这里涉及到对对象的读写，所以这里用到了对象的序列化--实现了Serializable接口
 */
class Prototype implements Cloneable, Serializable {
	private static final long serialVersionUID = 1L;
	private int age;
	private int[] array = new int[] { 1, 2, 3 };

	public Prototype() {
	}

	public Prototype(int age) {
		this.age = age;
	}

	public int getAge() {
		return age;
	}

	public void setAge(int age) {
		this.age = age;
	}

	public int[] getArray() {
		return array;
	}

	public void setArray(int[] array) {
		this.array = array;
	}

	/* 深复制 */
	public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {

		/* 写入当前对象的二进制流 */
		ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
		ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
		oos.writeObject(this);

		/* 读出二进制流产生的新对象 */
		ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
		ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
		return ois.readObject();
	}

}

/**
 * 客户端测试类
 *
 * @author Leo
 */
public class Test {
	public static void main(String[] args) throws IOException,
			ClassNotFoundException {
		Prototype prototype = new Prototype(20);
		Prototype cloneProto = (Prototype) prototype.deepClone();
		/**
		 * 通过打印可以看到：prototype和cloneProto这两个同一类型的变量指向的是两个不同的内存地址
		 *
		 * 这说明克隆成功
		 */
		System.out.println("prototype = " + prototype);
		System.out.println("cloneProto = " + cloneProto);
		/**
		 * 通过打印可以看到，两个对象的引用类型变量array指向的是不同的内存地址
		 *
		 * 这说明对象进行了完全彻底的复制
		 */
		System.out.println("prototype.getArray() = " + prototype.getArray());
		System.out.println("cloneProto.getArray() = " + cloneProto.getArray());

		/**
		 * 当然我们也可以试着打印一下引用变量的内容，
		 *
		 * 可以看到：内容是不变的(1 2 3)，改变的只是引用变量指向的内存地址。
		 */
		int[] proArray = prototype.getArray();
		int[] cloneProtoArray = cloneProto.getArray();
		for (int p : proArray) {
			System.out.print(p + "\t");
		}
		System.out.println();
		for (int p : cloneProtoArray) {
			System.out.print(p + "\t");
		}

	}
}

三、总结

1、浅复制的核心是super.clone()，它调用的是Object的clone()方法，而在Object类中，clone()是native的。

2、要实现深复制，需要采用二进制流的形式写入当前对象，再对其进行读取。