Java 设计模式以虹猫蓝兔的故事讲解原型模式

目录

• 什么是原型模式
• 优点
• 缺点
• 应用场景
• 浅克隆
• 代码实现
• 总结
• 深克隆
• 代码实现
• 总结

什么是原型模式

原型（Prototype）模式的定义如下： 用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象。在这里，原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效，根本无须知道对象创建的细节。例如，Windows 操作系统的安装通常较耗时，如果复制就快了很多。在生活中复制的例子非常多，这里不一一列举了。

优点

1、Java 自带的原型模式基于内存二进制流的复制，在性能上比直接 new 一个对象更加优良。

2、可以使用深克隆方式保存对象的状态，使用原型模式将对象复制一份，并将其状态保存起来，简化了创建对象的过程，以便在需要的时候使用（例如恢复到历史某一状态），可辅助实现撤销操作。

缺点

1、需要为每一个类都配置一个 clone 方法

2、clone 方法位于类的内部，当对已有类进行改造的时候，需要修改代码，违背了开闭原则。

3、当实现深克隆时，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，实现起来会比较麻烦。因此，深克隆、浅克隆需要运用得当。

应用场景

在有些系统中，存在大量相同或相似对象的创建问题，如果用传统的构造函数来创建对象，会比较复杂且耗时耗资源，用原型模式生成对象就很高效，就像孙悟空拔下猴毛轻轻一吹就变出很多孙悟空一样简单。

浅克隆

案例：克隆虹猫

浅克隆一个虹猫，外表特征一样，但是只有一个灵魂。

克隆虹猫身体受到伤害，本体虹猫不受影响。

克隆虹猫精神受到伤害，本体虹猫也受到同样的伤害。

代码实现

虹猫灵魂状态类

这里声明了虹猫的灵魂状态

public class Hong {
    //虹猫的灵魂状态
    private String lh;
    Hong(String lh) {
        this.lh = lh;
    }
    Hong() {
    }

    public String getLh() {
        return lh;
    }

    public void setLh(String lh) {
        this.lh = lh;
    }

}

虹猫个体类

实现了Cloneable 接口，并且有虹猫的身体状态和灵魂状态等属性。

public class Qian implements Cloneable {
    private String shou;
    private String jiao;
    private String yan;
    private Hong hong;

    Qian() {
    }

    Qian(String shou, String jiao, String yan, Hong hong) {
        this.hong = hong;
        this.shou = shou;
        this.jiao = jiao;
        this.yan = yan;
    }

    public Qian clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Qian) super.clone();
    }

    public String getShou() {
        return shou;
    }

    public void setShou(String shou) {
        this.shou = shou;
    }

    public String getJiao() {
        return jiao;
    }

    public void setJiao(String jiao) {
        this.jiao = jiao;
    }

    public String getYan() {
        return yan;
    }

    public void setYan(String yan) {
        this.yan = yan;
    }

    public Hong getHong() {
        return hong;
    }

    public void setHong(Hong hong) {
        this.hong = hong;
    }

}

测试类

这里测试一下浅克隆的效果：

浅克隆一个虹猫，外表特征一样，但是只有一个灵魂。

克隆虹猫身体受到伤害，本体虹猫不受影响。

克隆虹猫精神受到伤害，本体虹猫也受到同样的伤害。

public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Qian qian = new Qian("两只手", "两只脚", "两只眼", new Hong("完整的灵魂"));
        Qian qian1 = qian.clone();
        System.out.printf("虹猫少侠本体的身体状态：%s，%s，%s，%s，", qian.getHong().getLh(), qian.getJiao(), qian.getShou(), qian.getYan());
        System.out.println();
        System.out.printf("虹猫少侠一号的身体状态：%s，%s，%s，%s，", qian1.getHong().getLh(), qian1.getJiao(), qian1.getShou(), qian1.getYan());

    }
}

克隆出来了一个虹猫一号，所有属性都一模一样

public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Qian qian = new Qian("两只手", "两只脚", "两只眼", new Hong("完整的灵魂"));
        Qian qian1 = qian.clone();
        qian1.getHong().setLh("灵魂受到攻击");
        qian1.setJiao("断了一只脚");
        System.out.printf("虹猫少侠本体的身体状态：%s，%s，%s，%s，", qian.getHong().getLh(), qian.getJiao(), qian.getShou(), qian.getYan());
        System.out.println();
        System.out.printf("虹猫少侠一号的身体状态：%s，%s，%s，%s，", qian1.getHong().getLh(), qian1.getJiao(), qian1.getShou(), qian1.getYan());
    }
}

这里克隆虹猫的脚和灵魂都受到了伤害，本体虹猫的身体没有受到影响，但是灵魂却受到了伤害。

总结

一、为什么浅克隆中虹猫一号的脚受到了伤害，本体虹猫却没受到伤害？

二、为什么浅克隆中虹猫一号的灵魂受到了伤害，本体虹猫也受到了伤害？

因为创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。 两个虹猫的灵魂指向同一个内存地址，所以存储的是同一个灵魂。

深克隆

案例：克隆虹猫

深克隆一个虹猫，外表特征一样，都有独立灵魂。

克隆虹猫身体受到伤害，本体虹猫不受影响。

克隆虹猫精神受到伤害，本体虹猫也不受影响。

代码实现

虹猫灵魂状态类

这里声明了虹猫的灵魂状态，并且实现了Cloneable 接口，克隆一个虹猫灵魂

public class Hong implements Cloneable {
    //虹猫的灵魂状态
    private String lh;

    Hong(String lh) {
        this.lh = lh;
    }

    Hong() {
    }

    public Hong clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Hong) super.clone();
    }

    public String getLh() {
        return lh;
    }

    public void setLh(String lh) {
        this.lh = lh;
    }

}

虹猫个体类

重写了clone方法，在clone方法中调用了hong.clone()方法克隆了一个虹猫灵魂

public class Qian implements Cloneable {
    private String shou;
    private String jiao;
    private String yan;
    private Hong hong;

    Qian() {
    }

    Qian(String shou, String jiao, String yan, Hong hong) {
        this.hong = hong;
        this.shou = shou;
        this.jiao = jiao;
        this.yan = yan;
    }

    public Qian clone() throws CloneNotSupportedException {
        Qian qian = (Qian) super.clone();
        hong = hong.clone();
        return qian;

    }

    public String getShou() {
        return shou;
    }

    public void setShou(String shou) {
        this.shou = shou;
    }

    public String getJiao() {
        return jiao;
    }

    public void setJiao(String jiao) {
        this.jiao = jiao;
    }

    public String getYan() {
        return yan;
    }

    public void setYan(String yan) {
        this.yan = yan;
    }

    public Hong getHong() {
        return hong;
    }

    public void setHong(Hong hong) {
        this.hong = hong;
    }

}

测试类

这里测试一下浅克隆的效果：

深克隆一个虹猫，外表特征一样，都有独立灵魂。

克隆虹猫身体受到伤害，本体虹猫不受影响。

克隆虹猫精神受到伤害，本体虹猫也不受影响。

public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Qian qian = new Qian("两只手", "两只脚", "两只眼", new Hong("完整的灵魂"));
        Qian qian1 = qian.clone();
        qian1.getHong().setLh("灵魂受到攻击");
        qian1.setJiao("断了一只脚");
        System.out.printf("虹猫少侠本体的身体状态：%s，%s，%s，%s，", qian.getHong().getLh(), qian.getJiao(), qian.getShou(), qian.getYan());
        System.out.println();
        System.out.printf("虹猫少侠一号的身体状态：%s，%s，%s，%s，", qian1.getHong().getLh(), qian1.getJiao(), qian1.getShou(), qian1.getYan());
    }
}

深克隆出的虹猫完全是个独立的个体，再也不用受限制了。

总结

深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址。

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