(四)趣学设计模式 之 原型模式！
目录
- 一、 啥是原型模式？
- 二、 为什么要用原型模式？
- 三、 原型模式怎么实现？
- 四、 原型模式的应用场景
- 五、 原型模式的优点和缺点
- 六、 总结
我的其他文章也讲解的比较有趣，如果喜欢博主的讲解方式，可以多多支持一下，感谢！
了解工厂方法模式请看： (三)趣学设计模式 之 抽象工厂模式！
这篇文章带你详细认识一下设计模式中的原型模式
一、 啥是原型模式？
原型模式，说白了，就是“山寨”！ 你有一个宝贝，不想自己辛辛苦苦再做一个，就找个复印机（克隆方法），咔嚓一下，复制一个一模一样的出来！
- 对象的创建成本很高： 就像造火箭 ，太费劲了，不如复制一个！
- 需要创建大量相似对象： 就像克隆羊 ，要一大堆一样的羊，一个个生太慢了！
- 希望隐藏对象的创建细节： 就像做菜 ，你只想吃，不想知道怎么做的！
二、 为什么要用原型模式？
用原型模式，好处多多：
- 省钱省力： 不用重复造轮子 ，直接复制，省时省力！
- 灵活多变： 想复制啥就复制啥，不用提前定好，很灵活！
- 简单易懂： 不用管对象怎么创建的，直接复制就行，代码更简单！
- 避免麻烦： 不用创建一堆乱七八糟的子类，省心！
三、 原型模式怎么实现？
原型模式主要有两种“山寨”方法：
- 浅拷贝（Shallow Copy）
- 深拷贝（Deep Copy）
实现原型模式的关键点
- Cloneable 接口： 就像一个“允许复制”的标签 ️，贴上这个标签，才能被复印！
- Object 类的 clone() 方法： 就像复印机的基本功能，只能复印表面信息（浅拷贝）！
- 重写 clone() 方法： 就像升级复印机，让它可以复印所有信息（深拷贝）！
1.浅拷贝（Shallow Copy）：只复制表面！
浅拷贝就像复印身份证 ，你复印了一张身份证，上面的名字、地址都一样，但是里面的芯片还是原来的那个。如果原来的身份证信息变了，复印件也会跟着变！
// 1. 定义原型接口 (Cloneable 是 Java 内置的接口)
interface Prototype extends Cloneable {
Prototype clone(); // 克隆方法
}
// 2. 定义具体原型类
class Sheep implements Prototype {
private String name;
private int age;
private Address address; // 引用类型属性
public Sheep(String name, int age, Address address) {
this.name = name;
this.age = age;
this.address = address;
}
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 Address getAddress() {
return address;
}
public void setAddress(String city) {
this.address.setCity(city);
}
@Override
public Sheep clone() {
try {
// 浅拷贝：直接调用 Object 类的 clone() 方法
return (Sheep) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
System.out.println("克隆失败！ ");
return null;
}
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
", address=" + address +
'}';
}
}
// 地址类 (引用类型)
class Address {
private String city;
public Address(String city) {
this.city = city;
}
public String getCity() {
return city;
}
public void setCity(String city) {
this.city = city;
}
@Override
public String toString() {
return "Address{" +
"city='" + city + '\'' +
'}';
}
}
// 3. 客户端使用
public class Client {
public static void main(String[] args) {
// 创建原型对象
Address address = new Address("北京");
Sheep originalSheep = new Sheep("多莉", 3, address);
// 克隆原型对象
Sheep clonedSheep = originalSheep.clone();
// 打印原始对象和克隆对象
System.out.println("原始羊: " + originalSheep);
System.out.println("克隆羊: " + clonedSheep);
// 修改原始对象的引用类型属性
originalSheep.setAddress("上海");
// 再次打印原始对象和克隆对象
System.out.println("修改后的原始羊: " + originalSheep);
System.out.println("修改后的克隆羊: " + clonedSheep);
}
}
代码解释：
Prototype：原型接口，定义了克隆方法。Sheep：具体原型类，实现了Prototype接口，表示羊。clone()：克隆方法，用于创建对象的副本。Address：地址类，作为Sheep类的引用类型属性。
输出结果：
原始羊: Sheep{name='多莉', age=3, address=Address{city='北京'}}
克隆羊: Sheep{name='多莉', age=3, address=Address{city='北京'}}
修改后的原始羊: Sheep{name='多莉', age=3, address=Address{city='上海'}}
修改后的克隆羊: Sheep{name='多莉', age=3, address=Address{city='上海'}}
分析：
可以看到，修改原始羊的地址后，克隆羊的地址也跟着改变了！这是因为浅拷贝只复制了地址的“指针”，原始羊和克隆羊指向的是同一个地址，所以一个变了，另一个也跟着变！
2. 深拷贝（Deep Copy）：彻底复制！
深拷贝就像克隆一只完整的羊 ，你克隆了一只羊，它有自己的名字、年龄和地址，和原来的羊完全没有关系。即使原来的羊死了，克隆羊还是活蹦乱跳的！
import java.io.*;
class Sheep implements Prototype, Serializable { // 注意实现 Serializable 接口
private String name;
private int age;
private Address address;
public Sheep(String name, int age, Address address) {
this.name = name;
this.age = age;
this.address = address;
}
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 Address getAddress() {
return address;
}
public void setAddress(Address address) {
this.address = address;
}
@Override
public Sheep clone() {
try {
// 使用序列化和反序列化实现深拷贝
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(this);
ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
return (Sheep) ois.readObject();
} catch (Exception e) {
System.out.println("克隆失败！ ");
return null;
}
}
@Override
public String toString() {
return "Sheep{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
", address=" + address +
'}';
}
}
class Address implements Serializable { // 注意实现 Serializable 接口
private String city;
public Address(String city) {
this.city = city;
}
public String getCity() {
return city;
}
public void setCity(String city) {
this.city = city;
}
@Override
public String toString() {
return "Address{" +
"city='" + city + '\'' +
'}';
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
// 创建原型对象
Address address = new Address("北京");
Sheep originalSheep = new Sheep("多莉", 3, address);
// 克隆原型对象
Sheep clonedSheep = originalSheep.clone();
// 打印原始对象和克隆对象
System.out.println("原始羊: " + originalSheep);
System.out.println("克隆羊: " + clonedSheep);
// 修改原始对象的引用类型属性
address.setCity("上海");
// 再次打印原始对象和克隆对象
System.out.println("修改后的原始羊: " + originalSheep);
System.out.println("修改后的克隆羊: " + clonedSheep);
}
}
注意： 使用序列化和反序列化实现深拷贝，需要确保对象及其所有属性都实现了 Serializable 接口。
输出结果：
原始羊: Sheep{name='多莉', age=3, address=Address{city='北京'}}
克隆羊: Sheep{name='多莉', age=3, address=Address{city='北京'}}
修改后的原始羊: Sheep{name='多莉', age=3, address=Address{city='上海'}}
修改后的克隆羊: Sheep{name='多莉', age=3, address=Address{city='北京'}}
分析：
可以看到，修改原始羊的地址后，克隆羊的地址没有改变！这是因为深拷贝复制了地址的所有信息，原始羊和克隆羊拥有不同的地址，所以一个变了，另一个不会受到影响！
四、 原型模式的应用场景
- 游戏开发： 游戏里的怪物 ，不用一个个设计，复制几个改改属性就行！
- 文档编辑器： 文档的模板 ，复制一份改改，就能生成新的文档！
- 图形编辑器： 图形对象 ️，复制一份改改颜色、大小，就能得到新的图形！
- 配置管理： 软件的配置 ⚙️，复制一份改改，就能适应不同的环境！
- 报表生成： 报表的模板 ，复制一份改改数据，就能生成不同的报表！
五、 原型模式的优点和缺点
优点：
- 省钱省力： 不用重新创建对象，直接复制，就像复制粘贴一样简单，大大提高了效率！
- 隐藏秘密： 客户端不用知道对象是怎么创建的，只需要知道怎么复制就行，保护了对象的内部结构！
- 灵活应变： 可以在运行时动态地复制对象，想复制啥就复制啥，非常灵活！
- 减少麻烦： 不用创建一堆子类，避免了代码的膨胀，让代码更简洁！
缺点：
- 复制很麻烦： 特别是深拷贝，要复制对象的所有信息，就像搬家一样，很麻烦！
- 破坏隐私： 为了复制对象，可能需要访问对象的私有属性，就像偷看别人的日记一样，破坏了对象的封装性！
- 需要贴标签： 在 Java 中，需要实现
Cloneable接口才能被复制，就像需要贴上“允许复制”的标签，有点麻烦！ - 可能出错： 有时候复制操作可能不会执行构造函数，就像克隆羊没有灵魂一样，可能会导致对象的状态不正确！
六、 总结
- 原型模式就是“山寨”大法，通过复制现有对象来创建新对象！
- 适用于需要大量相似对象、对象创建成本高、需要隐藏对象创建细节的场景！
- 有两种“山寨”方法：浅拷贝和深拷贝！
- 浅拷贝只复制表面信息，深拷贝复制所有信息！
- 要根据实际情况选择合适的“山寨”方法！
- 使用原型模式需要注意一些问题，比如破坏封装性、可能出错等等！
希望这篇文章能让你彻底理解原型模式！