原创

设计模式-原型模式

  1. 原型模式(Prototype模式)是指:用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这些原型,创建新的对象。
  2. 原型模式是一种创建型设计模式,允许一个对象再创建另外一个可定制的对象,无需知道如何创建的细节。
  3. 工作原理是:通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象,这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝它们自己来实施创建,即 对象.clone()。
  4. 形象的理解:孙大圣拔出猴毛,变出其它孙大圣。

克隆羊-传统方式

Sheep:羊。

public class Sheep {
    private String name;
    private int age;
    private String color;

    public Sheep() {
    }

    public Sheep(String name, int age, String color) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

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

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Sheep{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", color='" + color + '\'' +
                '}';
    }
}

Client:测试使用。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Sheep sheep = new Sheep("Tom", 1, "白色");

        Sheep sheep1 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        Sheep sheep2 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        Sheep sheep3 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        Sheep sheep4 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        Sheep sheep5 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());

        System.out.println(sheep);

        System.out.println(sheep1);
        System.out.println(sheep2);
        System.out.println(sheep3);
        System.out.println(sheep4);
        System.out.println(sheep5);
    }
}

运行结果:

Sheep{name='Tom', age=1, color='白色'}
Sheep{name='Tom', age=1, color='白色'}
Sheep{name='Tom', age=1, color='白色'}
Sheep{name='Tom', age=1, color='白色'}
Sheep{name='Tom', age=1, color='白色'}
Sheep{name='Tom', age=1, color='白色'}

传统方式解决克隆羊的优缺点

  1. 优点是比较好理解,简单容易操作。
  2. 在创建新的对象的时候,总是需要重新获取原始对象的属性,如果创建的对象比较复杂,效率比较低。
  3. 总是需要重新初始化对象,而不是动态地获得对象运行时的状态,不够灵活。

改进的思路:
Java中Object类是所有类的根类,Object类提供了一个clone()方法,该方法可以
将一个Java对象复制一份,但是需要实现clone的Java类必须要实现一个接口Cloneable,
该接口表示该类能够复制且具有复制的能力 => 原型模式

原型模式

Sheep:羊。

/**
 * 原型模式写法
 * <p>步骤:
 * 1. 继承{@link Cloneable}
 * 2. 重写clone方法
 *
 * @author lzhpo
 * @see Cloneable
 */
public class Sheep implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;
    private String color;

    public Sheep() {
    }

    public Sheep(String name, int age, String color) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

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

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Sheep{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", color='" + color + '\'' +
                '}';
    }

    /**
     * 使用原型模式
     * <p>克隆该实例,使用默认的clone方法来完成。
     *
     * @return sheep
     */
    @Override
    protected Object clone() {
        Sheep sheep = null;
        try {
            sheep = (Sheep) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        return sheep;
    }
}

Client:测试使用。

/**
 * 原型模式
 * <p>使用原型模式优化克隆羊的问题
 *
 * @author lzhpo
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("原型模式完成对象的创建");
        Sheep sheep = new Sheep("Tom", 1, "白色");

        Sheep sheep1 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep2 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep3 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep4 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep5 = (Sheep) sheep.clone();

        System.out.println(sheep);

        System.out.println(sheep1);
        System.out.println(sheep2);
        System.out.println(sheep3);
        System.out.println(sheep4);
        System.out.println(sheep5);
    }
}

运行结果:

原型模式完成对象的创建
Sheep{name='Tom', age=1, color='白色'}
Sheep{name='Tom', age=1, color='白色'}
Sheep{name='Tom', age=1, color='白色'}
Sheep{name='Tom', age=1, color='白色'}
Sheep{name='Tom', age=1, color='白色'}
Sheep{name='Tom', age=1, color='白色'}

原型模式对比传统方式分析

使用原型模式改进传统方式,让程序具有更高的效率和扩展性。比如:在Sheep类中添加了属性的话,在原型模式中不需要改动很大,具有更高的效率和扩展性,而在传统方式中,改动会很大。

Spring中的原型模式

@Scope("singleton"):单例模式(默认)
@Scope("prototype"):原型模式

Scope注解,在org.springframework.context.annotation.Scope

SpringBoot中的Scope注解.png

ConfigurableBeanFactory接口,在org.springframework.beans.factory.config.ConfigurableBeanFactory

SpringBoot中的ConfigurableBeanFactory接口.png

测试:

Person1:

Person1使用单例的。

@Component
@Scope("singleton")
public class Person1 {
    private String name;
    private Integer age;

    public Person1() {
    }

    public Person1(String name, Integer age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

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

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

Person2:

Person2使用原型的。

@Component
@Scope("prototype")
public class Person2 {
    private String name;
    private Integer age;

    public Person2() {
    }

    public Person2(String name, Integer age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

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

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

SpringContextUtil:

SpringContextUtil工具类,用于获取Spring容器中的Bean对象。

@Component
public class SpringContextUtil implements ApplicationContextAware {

    private static ApplicationContext applicationContext;

    @Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
        SpringContextUtil.applicationContext = applicationContext;
    }

    /**
     * 获取applicationContext
     *
     * @return applicationContext
     */
    public static ApplicationContext getApplicationContext() {
        return applicationContext;
    }

    /**
     * 通过name获取 Bean.
     *
     * @param name name
     * @return getApplicationContext().getBean(name)
     */
    public static Object getBean(String name) {
        return getApplicationContext().getBean(name);
    }

    /**
     * 通过class获取Bean.
     *
     * @param clazz
     * @param <T>
     * @return getApplicationContext().getBean(clazz)
     */
    public static <T> T getBean(Class<T> clazz) {
        return getApplicationContext().getBean(clazz);
    }

    /**
     * 通过name,以及Clazz返回指定的Bean
     *
     * @param name
     * @param clazz
     * @param <T>
     * @return getApplicationContext().getBean(name, clazz)
     */
    public static <T> T getBean(String name, Class<T> clazz) {
        return getApplicationContext().getBean(name, clazz);
    }

}

测试:

@SpringBootTest
public class DesignPatternPrototypeApplicationTest {

    /**
     * Person1是单例
     *
     * Person2是原型
     */
    @Test
    public void test1() {
        Person1 person1T1 = SpringContextUtil.getBean(Person1.class);
        Person1 person1T2 = SpringContextUtil.getBean(Person1.class);
        System.out.println(person1T1 == person1T2);
        System.out.println("person1T1 == person1T2: " + person1T1.equals(person1T2));

        System.out.println();

        Person2 person2T1 = SpringContextUtil.getBean(Person2.class);
        Person2 person2T2 = SpringContextUtil.getBean(Person2.class);
        System.out.println(person2T1 == person2T2);
        System.out.println("person2T1 == person2T2: " + person2T1.equals(person2T2));
    }
}

测试结果:

true
person1T1 == person1T2: true

false
person2T1 == person2T2: false

浅拷贝

  • 对于数据类型是基本数据类型的成员变量,浅拷贝会直接进行值传递,也就是将该属性值复制一份给新的对象。

  • 对于数据类型是引用数据类型的成员变量,比如说成员变量是某个数组、某个类的对象等,那么浅拷贝会进行引用传递,也就是只是将该成员变量的引用值(内存地址)复制一份给新的对象。因为实际上两个对象的该成员变量都指向同一个实例。在这种情况下,在一个对象中修改该成员变量会影响到另一个对象的该成员变量值。

  • 浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现。

  • 前面传统方式的克隆羊就是浅拷贝。

    sheep = (Sheep) super.clone();
    

深拷贝

  • 复制对象的所有基本数据类型的成员变量值。
  • 为所有引用数据类型的成员变量申请存储空间,并复制每个引用数据类型成员变量所引用的对象,直到该对象可达的所有对象。也就是说,对象进行深拷贝要对整个对象进行拷贝。
  • 深拷贝实现方式1:重写clone方法来实现深拷贝。
  • 深拷贝实现方式2:通过对象序列化实现深拷贝(推荐)。

栗子

DeepCloneableTarget:

public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable {

    private String cloneName;
    private String cloneClass;

    public DeepCloneableTarget(String cloneName, String cloneClass) {
        this.cloneName = cloneName;
        this.cloneClass = cloneClass;
    }

    /**
     * 因为该类的属性,都是String , 因此我们这里使用默认的clone完成即可
     *
     * @return super.clone()
     * @throws CloneNotSupportedException CloneNotSupportedException
     */
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

DeepProtoType:

public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable {

    /**
     * name属性
     */
    public String name;

    /**
     * 引用类型
     */
    public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;

    public DeepProtoType() {
        super();
    }

    /**
     * 深拷贝 - 方式 1 使用clone 方法
     *
     * @return deepProtoType deepProtoType
     * @throws CloneNotSupportedException CloneNotSupportedException
     */
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Object deep = null;
        //这里完成对基本数据类型(属性)和String的克隆
        deep = super.clone();
        //对引用类型的属性,进行单独处理
        DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep;
        deepProtoType.deepCloneableTarget  = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();

        // TODO Auto-generated method stub
        return deepProtoType;
    }

    /**
     * 深拷贝 - 方式2 通过对象的序列化实现 (推荐)
     *
     * @return copyObj
     */
    public Object deepClone() {
        //创建流对象
        ByteArrayOutputStream bos = null;
        ObjectOutputStream oos = null;
        ByteArrayInputStream bis = null;
        ObjectInputStream ois = null;
        try {
            //序列化
            bos = new ByteArrayOutputStream();
            oos = new ObjectOutputStream(bos);
            //当前这个对象以对象流的方式输出
            oos.writeObject(this);
            //反序列化
            bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ois = new ObjectInputStream(bis);
            DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType)ois.readObject();
            return copyObj;
        } catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
            e.printStackTrace();
            return null;
        } finally {
            //关闭流
            try {
                bos.close();
                oos.close();
                bis.close();
                ois.close();
            } catch (Exception e2) {
                // TODO: handle exception
                System.out.println(e2.getMessage());
            }
        }

    }
}

Client:

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        DeepProtoType p = new DeepProtoType();
        p.name = "宋江";
        p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛");

        //方式1 完成深拷贝

//    DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.clone();
//
//    System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
//    System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());

        //方式2 完成深拷贝
        DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.deepClone();

        System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
    }
}

运行结果:

p.name=宋江p.deepCloneableTarget=325040804
p2.name=宋江p2.deepCloneableTarget=2065951873
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