我的Java設(shè)計(jì)模式-原型模式

_ang 發(fā)布于2019-08-15 12:20 / 1225人閱讀

摘要：序列化實(shí)現(xiàn)深拷貝這是實(shí)現(xiàn)深拷貝的另一種方式，通過二進(jìn)制流操作對象，從而達(dá)到深拷貝的效果。

“不好意思，我是臥底！哇哈哈哈~”額......自從寫了上一篇的觀察者模式，就一直沉浸在這個(gè)角色當(dāng)中，無法自撥。昨晚在看《使徒行者2》，有一集說到啊炮仗哥印鈔票，我去，這就是想印多少就印多少的節(jié)奏。

但是我覺得他們印鈔票的方法太low了，就用那“哧咔，哧咔~”的老機(jī)器沒日沒夜的印，看著都著急。

這里我們可以用原型模式優(yōu)化印鈔票的致富之路，為什么，繼續(xù)往下看......

一、原型模式 定義

??用原型實(shí)例指定所有創(chuàng)建對象的類型，并且通過復(fù)制這個(gè)拷貝創(chuàng)建新的對象。

特點(diǎn)

??1）必須存在一個(gè)現(xiàn)有的對象，也就是原型實(shí)例，通過原型實(shí)例創(chuàng)建新對象。

??2）在Java中，實(shí)現(xiàn)Cloneable，并且因?yàn)樗械念惗祭^承Object類，重寫clone()方法來實(shí)現(xiàn)拷貝。

使用場景

大量的對象，并且類初始化時(shí)消耗的資源多。沒人會嫌錢多的吧，除了某云。

這些鈔票的信息屬性基本一致，可以調(diào)整個(gè)別的屬性。

印鈔票的工序非常復(fù)雜，需要進(jìn)行繁瑣的數(shù)據(jù)處理。

UML圖

從上面的UML圖可以看出，原型模式涉及到的角色有如下三個(gè)：

??- 客戶端角色：負(fù)責(zé)創(chuàng)建對象的請求。

??- 抽象原型角色：該角色是一個(gè)抽象類或者是接口，提供拷貝的方法。

??- 具體原型角色：該角色是拷貝的對象，需要重寫抽象原型的拷貝方法，實(shí)現(xiàn)淺拷貝或者深拷貝。

二、實(shí)戰(zhàn)

一起來印鈔票，鈔票實(shí)例必須實(shí)現(xiàn)Cloneable接口，該接口只充當(dāng)一個(gè)標(biāo)記，然后重寫clone方法，具體原型角色代碼如下：

public class Money implements Cloneable {

    private int faceValue;

    private Area area;

    public int getFaceValue() {
        return faceValue;
    }

    public void setFaceValue(int faceValue) {
        this.faceValue = faceValue;
    }

    public Money(int faceValue, Area area) {
        this.faceValue = faceValue;
        this.area = area;
    }

    public Area getArea() {
        return area;
    }

    public void setArea(Area area) {
        this.area = area;
    }

    public String getUnit() {
        return unit;
    }

    public void setUnit(String unit) {
        this.unit = unit;
    }

    @Override
    protected Money clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Money) super.clone();
    }
}

Area類代碼如下：

public class Area {

    // 鈔票單位
    private String unit;

    public String getUnit() {
        return unit;
    }

    public void setUnit(String unit) {
        this.unit = unit;
    }

}

看看客戶端如何實(shí)現(xiàn)鈔票的拷貝，代碼如下：

public class Client {

    public static void main(String[] args) {

        Area area = new Area();
        area.setUnit("RMB");

        // 原型實(shí)例，100RMB的鈔票
        Money money = new Money(100, area);

        for (int i = 1; i <= 3; i++) {
            try {
                Money cloneMoney = money.clone();
                cloneMoney.setFaceValue(i * 100);
                System.out.println("這張是" + cloneMoney.getFaceValue() +  cloneMoney.getArea().getUnit() + "的鈔票");
            } catch (CloneNotSupportedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

大把大把的鈔票出來了

這張是100RMB的鈔票

這張是200RMB的鈔票

這張是300RMB的鈔票

從上面并沒有看到抽象原型角色的代碼，那該角色在哪？Object就是這個(gè)抽象原型角色，因?yàn)镴ava中所有的類都默認(rèn)繼承Objet，在這提供clone方法。

三、淺拷貝和深拷貝

在使用原型模式的時(shí)候，常常需要注意用的到底是淺拷貝還是深拷貝，當(dāng)然這必須結(jié)合實(shí)際的項(xiàng)目需求。下面來了解學(xué)習(xí)這兩種拷貝的用法和區(qū)別：

首先我們來看一個(gè)例子，只改變客戶端代碼：

public class Client {

    public static void main(String[] args) {

        Area area = new Area();
        area.setUnit("RMB");
        // 原型實(shí)例，100RMB的鈔票
        Money money = new Money(100, area);
        try {
            Money cloneMoney = money.clone();
            cloneMoney.setFaceValue(200);
            area.setUnit("美元"); 

            System.out.println("原型實(shí)例的面值：" + money.getFaceValue() +money.getArea().getUnit());
            System.out.println("拷貝實(shí)例的面值：" + cloneMoney.getFaceValue() + cloneMoney.getArea().getUnit());
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

運(yùn)行結(jié)果如下：

原型實(shí)例的面值：100美元拷貝實(shí)例的面值：200美元

淺拷貝

見鬼了，明明就把原型實(shí)例的單位改成了美元而已，拷貝實(shí)例怎么也會跟著改變的。哪里有鬼？其實(shí)是Java在搞鬼。我們用的是Object的clone方法，而該方法只拷貝按值傳遞的數(shù)據(jù)，比如String類型和基本類型，但對象內(nèi)的數(shù)組、引用對象都不拷貝，也就是說內(nèi)存中原型實(shí)例和拷貝實(shí)例指向同一個(gè)引用對象的地址，這就是淺拷貝。淺拷貝的內(nèi)存變化如下圖：

從上圖可以看出，淺拷貝前后的兩個(gè)實(shí)例對象共同指向同一個(gè)內(nèi)存地址，即它們共有擁有area1實(shí)例，同時(shí)也存在著數(shù)據(jù)被修改的風(fēng)險(xiǎn)。注意，這里不可拷貝的引用對象是指可變的類成員變量。

深拷貝

同樣的看例子，客戶端代碼如下：

public class Client {

    public static void main(String[] args) {

        Area area = new Area();
        area.setUnit("RMB");

        // 原型實(shí)例，100RMB的鈔票
        Money money = new Money(100, area);

        try {
            Money cloneMoney = money.clone();
            cloneMoney.setFaceValue(200);
            area.setUnit("美元");

            System.out.println("原型實(shí)例的面值：" + money.getFaceValue() + money.getArea().getUnit());
            System.out.println("拷貝實(shí)例的面值：" + cloneMoney.getFaceValue() + cloneMoney.getArea().getUnit());
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

運(yùn)行結(jié)果如下：

原型實(shí)例的面值：100美元拷貝實(shí)例的面值：200RMB

咦~這客戶端代碼不是跟淺拷貝的一樣嗎，但是運(yùn)行結(jié)果卻又不一樣了。關(guān)鍵就在，實(shí)現(xiàn)深拷貝就需要完全的拷貝，包括引用對象，數(shù)組的拷貝。所以Area類也實(shí)現(xiàn)了Cloneable接口，重寫了clone方法，代碼如下：

public class Area implements Cloneable{

    // 鈔票單位
    private String unit;

    public String getUnit() {
        return unit;
    }

    public void setUnit(String unit) {
        this.unit = unit;
    }

    @Override
    protected Area clone() throws CloneNotSupportedException {
        Area cloneArea;
        cloneArea = (Area) super.clone();
        return cloneArea;
    }
}

另外，在Money鈔票類的clone方法增加拷貝Area的代碼：

public class Money implements Cloneable, Serializable {

    private int faceValue;

    private Area area;

    public int getFaceValue() {
        return faceValue;
    }

    public void setFaceValue(int faceValue) {
        this.faceValue = faceValue;
    }

    public Money(int faceValue, Area area) {
        this.faceValue = faceValue;
        this.area = area;
    }

    public Area getArea() {
        return area;
    }

    public void setArea(Area area) {
        this.area = area;
    }

    @Override
    protected Money clone() throws CloneNotSupportedException {
        Money cloneMoney = (Money) super.clone();
        cloneMoney.area = this.area.clone();  // 增加Area的拷貝
        return cloneMoney;
    }

}

深拷貝的內(nèi)存變化如下圖：

深拷貝除了需要拷貝值傳遞的數(shù)據(jù)，還需要拷貝引用對象、數(shù)組，即把所有引用的對象都拷貝。需要注意的是拷貝的引用對象是否還有可變的類成員對象，如果有就繼續(xù)對該成員對象進(jìn)行拷貝，如此類推。所以使用深拷貝是注意分析拷貝有多深，以免影響性能。

序列化實(shí)現(xiàn)深拷貝

這是實(shí)現(xiàn)深拷貝的另一種方式，通過二進(jìn)制流操作對象，從而達(dá)到深拷貝的效果。把對象寫到流里的過程是序列化過程，而把對象從流中讀出來的過程則叫反序列化過程。深拷貝的過程就是把對象序列化（寫成二進(jìn)制流），然后再反序列化（從流里讀出來）。注意，在Java中，常?？梢韵仁箤ο髮?shí)現(xiàn)Serializable接口，包括引用對象也要實(shí)現(xiàn)Serializable接口，不然會拋NotSerializableException。

只要修改Money，代碼如下：

public class Money implements Serializable {

    private int faceValue;

    private Area area;

    public int getFaceValue() {
        return faceValue;
    }

    public void setFaceValue(int faceValue) {
        this.faceValue = faceValue;
    }

    public Money(int faceValue, Area area) {
        this.faceValue = faceValue;
        this.area = area;
    }

    public Area getArea() {
        return area;
    }

    public void setArea(Area area) {
        this.area = area;
    }

    @Override
    protected Money clone() throws CloneNotSupportedException {
        Money money = null;
        try {
            // 調(diào)用deepClone，而不是Object的clone方法
            cloneMoney = (Money) deepClone();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return cloneMoney;
    }

    // 通過序列化深拷貝
    public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
        //將對象寫到流里
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
        oos.writeObject(this);
        //從流里讀回來
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
        return ois.readObject();
    }
}

同樣運(yùn)行客戶端代碼，最后來看看結(jié)果：

原型實(shí)例的面值：100美元拷貝實(shí)例的面值：200RMB

四、原型模式的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)

1）提高性能。不用new對象，消耗的資源少。

缺點(diǎn)

1）淺拷貝時(shí)需要實(shí)現(xiàn)Cloneable接口，深拷貝則要特別留意是否有引用對象的拷貝。

總結(jié)

原型模式本身比較簡單，重寫Object的clone方法，實(shí)現(xiàn)淺拷貝還是深拷貝。重點(diǎn)在理解淺拷貝和深拷貝，這是比較細(xì)但又重要，卻往往被忽略的知識點(diǎn)。好啦，原型模式就到這了，下一篇是策略模式，敬請關(guān)注，拜拜！

設(shè)計(jì)模式Java源碼GitHub下載：https://github.com/jetLee92/DesignPattern

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