我的Java设计模式-原型模式
“不好意思,我是卧底!哇哈哈哈~”额......自从写了上一篇的观察者模式,就一直沉浸在这个角色当中,无法自拨。昨晚在看《使徒行者2》,有一集说到啊炮仗哥印钞票,我去,这就是想印多少就印多少的节奏。
但是我觉得他们印钞票的方法太low了,就用那“哧咔,哧咔~”的老机器没日没夜的印,看着都着急。
这里我们可以用原型模式优化印钞票的致富之路,为什么,继续往下看......
一、原型模式
定义
用原型实例指定所有创建对象的类型,并且通过复制这个拷贝创建新的对象。
特点
1)必须存在一个现有的对象,也就是原型实例,通过原型实例创建新对象。
2)在Java中,实现Cloneable,并且因为所有的类都继承Object类,重写clone()方法来实现拷贝。
使用场景
大量的对象,并且类初始化时消耗的资源多。没人会嫌钱多的吧,除了某云。
这些钞票的信息属性基本一致,可以调整个别的属性。
印钞票的工序非常复杂,需要进行繁琐的数据处理。
UML图
从上面的UML图可以看出,原型模式涉及到的角色有如下三个:
- 客户端角色:负责创建对象的请求。
- 抽象原型角色:该角色是一个抽象类或者是接口,提供拷贝的方法。
- 具体原型角色:该角色是拷贝的对象,需要重写抽象原型的拷贝方法,实现浅拷贝或者深拷贝。
二、实战
一起来印钞票,钞票实例必须实现Cloneable接口,该接口只充当一个标记,然后重写clone方法,具体原型角色代码如下:
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;}@Overrideprotected Money clone() throws CloneNotSupportedException {return (Money) super.clone();}
}
Area类代码如下:
public class Area {// 钞票单位private String unit;public String getUnit() {return unit;}public void setUnit(String unit) {this.unit = unit;}}
看看客户端如何实现钞票的拷贝,代码如下:
public class Client {public static void main(String[] args) {Area area = new Area();area.setUnit("RMB");// 原型实例,100RMB的钞票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("这张是" + cloneMoney.getFaceValue() + cloneMoney.getArea().getUnit() + "的钞票");} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}}}
}
大把大把的钞票出来了
这张是100RMB的钞票
这张是200RMB的钞票
这张是300RMB的钞票
从上面并没有看到抽象原型角色的代码,那该角色在哪?Object就是这个抽象原型角色,因为Java中所有的类都默认继承Objet,在这提供clone方法。
三、浅拷贝和深拷贝
在使用原型模式的时候,常常需要注意用的到底是浅拷贝还是深拷贝,当然这必须结合实际的项目需求。下面来了解学习这两种拷贝的用法和区别:
首先我们来看一个例子,只改变客户端代码:
public class Client {public static void main(String[] args) {Area area = new Area();area.setUnit("RMB");// 原型实例,100RMB的钞票Money money = new Money(100, area);try {Money cloneMoney = money.clone();cloneMoney.setFaceValue(200);area.setUnit("美元"); System.out.println("原型实例的面值:" + money.getFaceValue() +money.getArea().getUnit());System.out.println("拷贝实例的面值:" + cloneMoney.getFaceValue() + cloneMoney.getArea().getUnit());} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}}}
运行结果如下:
原型实例的面值:100美元
拷贝实例的面值:200美元
浅拷贝
见鬼了,明明就把原型实例的单位改成了美元而已,拷贝实例怎么也会跟着改变的。哪里有鬼?其实是Java在搞鬼。我们用的是Object的clone方法,而该方法只拷贝按值传递的数据,比如String类型和基本类型,但对象内的数组、引用对象都不拷贝,也就是说内存中原型实例和拷贝实例指向同一个引用对象的地址,这就是浅拷贝。浅拷贝的内存变化如下图:
从上图可以看出,浅拷贝前后的两个实例对象共同指向同一个内存地址,即它们共有拥有area1实例,同时也存在着数据被修改的风险。注意,这里不可拷贝的引用对象是指可变的类成员变量。
深拷贝
同样的看例子,客户端代码如下:
public class Client {public static void main(String[] args) {Area area = new Area();area.setUnit("RMB");// 原型实例,100RMB的钞票Money money = new Money(100, area);try {Money cloneMoney = money.clone();cloneMoney.setFaceValue(200);area.setUnit("美元");System.out.println("原型实例的面值:" + money.getFaceValue() + money.getArea().getUnit());System.out.println("拷贝实例的面值:" + cloneMoney.getFaceValue() + cloneMoney.getArea().getUnit());} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}}}
运行结果如下:
原型实例的面值:100美元
拷贝实例的面值:200RMB
咦~这客户端代码不是跟浅拷贝的一样吗,但是运行结果却又不一样了。关键就在,实现深拷贝就需要完全的拷贝,包括引用对象,数组的拷贝。所以Area类也实现了Cloneable接口,重写了clone方法,代码如下:
public class Area implements Cloneable{// 钞票单位private String unit;public String getUnit() {return unit;}public void setUnit(String unit) {this.unit = unit;}@Overrideprotected Area clone() throws CloneNotSupportedException {Area cloneArea;cloneArea = (Area) super.clone();return cloneArea;}
}
另外,在Money钞票类的clone方法增加拷贝Area的代码:
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;}@Overrideprotected Money clone() throws CloneNotSupportedException {Money cloneMoney = (Money) super.clone();cloneMoney.area = this.area.clone(); // 增加Area的拷贝return cloneMoney;}}
深拷贝的内存变化如下图:
深拷贝除了需要拷贝值传递的数据,还需要拷贝引用对象、数组,即把所有引用的对象都拷贝。需要注意的是拷贝的引用对象是否还有可变的类成员对象,如果有就继续对该成员对象进行拷贝,如此类推。所以使用深拷贝是注意分析拷贝有多深,以免影响性能。
序列化实现深拷贝
这是实现深拷贝的另一种方式,通过二进制流操作对象,从而达到深拷贝的效果。把对象写到流里的过程是序列化过程,而把对象从流中读出来的过程则叫反序列化过程。深拷贝的过程就是把对象序列化(写成二进制流),然后再反序列化(从流里读出来)。注意,在Java中,常常可以先使对象实现Serializable接口,包括引用对象也要实现Serializable接口,不然会抛NotSerializableException。
只要修改Money,代码如下:
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;}@Overrideprotected Money clone() throws CloneNotSupportedException {Money money = null;try {// 调用deepClone,而不是Object的clone方法cloneMoney = (Money) deepClone();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} catch (ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();}return cloneMoney;}// 通过序列化深拷贝public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {//将对象写到流里ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);oos.writeObject(this);//从流里读回来ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);return ois.readObject();}
}
同样运行客户端代码,最后来看看结果:
原型实例的面值:100美元
拷贝实例的面值:200RMB
四、原型模式的优缺点
优点
1)提高性能。不用new对象,消耗的资源少。
缺点
1)浅拷贝时需要实现Cloneable接口,深拷贝则要特别留意是否有引用对象的拷贝。
总结
原型模式本身比较简单,重写Object的clone方法,实现浅拷贝还是深拷贝。重点在理解浅拷贝和深拷贝,这是比较细但又重要,却往往被忽略的知识点。好啦,原型模式就到这了,下一篇是策略模式,敬请关注,拜拜!
设计模式Java源码GitHub下载:https://github.com/jetLee92/DesignPattern
转载于:https://www.cnblogs.com/AndroidJet/p/7737658.html
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