1. 原型模式
1.1 簡(jiǎn)介
??原型模式又叫克隆模式笨蚁，顧名思義該模式是克隆對(duì)象的代碼邏輯的設(shè)計(jì)铡溪。在《JAVA與模式》一書(shū)中開(kāi)頭是這樣描述原型（Prototype）模式的：
原型模式屬于對(duì)象的創(chuàng)建模式铝噩。通過(guò)給出一個(gè)原型對(duì)象來(lái)指明所有創(chuàng)建的對(duì)象的類型衡蚂，然后用復(fù)制這個(gè)原型對(duì)象的辦法創(chuàng)建出更多同類型的對(duì)象。這就是選型模式的用意薄榛。
??原型模式要求對(duì)象實(shí)現(xiàn)一個(gè)可以“克隆”自身的接口讳窟，這樣就可以通過(guò)復(fù)制一個(gè)實(shí)例對(duì)象本身來(lái)創(chuàng)建一個(gè)新的實(shí)例。這樣一來(lái)敞恋，通過(guò)原型實(shí)例創(chuàng)建新的對(duì)象丽啡，就不再需要關(guān)心這個(gè)實(shí)例本身的類型，只要實(shí)現(xiàn)了克隆自身的方法硬猫，就可以通過(guò)這個(gè)方法來(lái)獲取新的對(duì)象补箍，而無(wú)須再去通過(guò)new來(lái)創(chuàng)建。
注意：實(shí)現(xiàn)克隆模式必須實(shí)現(xiàn)Cloneable接口啸蜜，如果不實(shí)現(xiàn)會(huì)發(fā)生java.lang.CloneNotSupportedException異常
原型模式有兩種表現(xiàn)形式：
- 簡(jiǎn)單形式
- 登記形式
2. 簡(jiǎn)單形式的Prototype
??簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)坑雅，簡(jiǎn)單形式的Prototype只實(shí)現(xiàn)類自身的clone()即可，但需要區(qū)分淺拷貝和深拷貝衬横。
2.1 結(jié)構(gòu)
簡(jiǎn)單形式的三個(gè)角色：
- 客戶(Client)角色：客戶類提出創(chuàng)建對(duì)象的請(qǐng)求裹粤。
- 抽象原型(Prototype)角色：這是一個(gè)抽象角色，通常由一個(gè)Java接口或Java抽象類實(shí)現(xiàn)蜂林。此角色給出所有的具體原型類所需的接口遥诉。
- 具體原型（Concrete Prototype）角色：被復(fù)制的對(duì)象。此角色需要實(shí)現(xiàn)抽象的原型角色所要求的接口噪叙。
2.2 未實(shí)現(xiàn)Cloneable接口示例
public class Appler {
private String clor;
private StringBuilder descr;
public Appler(String clor) {
this.clor = clor;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
調(diào)用：
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Appler appler = new Appler("yellow");
Appler appler1 = (Appler) appler.clone();
System.out.println(appler1);
}
結(jié)果：
Exception in thread "main" java.lang.CloneNotSupportedException: com.xxx.demo.TestClone
at java.lang.Object.clone(Native Method)
at java.lang.Appler.clone(Appler.java:14)
at com.zsg.demo.TestClone.clone(TestClone.java:7)
2.3 示例
??本次以深拷貝為例
拷貝類：
public class Appler implements Cloneable {
private String color;
private int weight;
private int volume;
private Location loc;
public String getColor() {
return color;
}
public StringBuilder getDesc() {
return desc;
}
public void setDesc(StringBuilder desc) {
this.desc = desc;
}
private StringBuilder desc = new StringBuilder("好吃");
public Appler(String color,int weight,int volume,Location loc) {
this.color = color;
this.weight = weight;
this.volume = volume;
this.loc = loc;
}
public String getClor() {
return color;
}
public void setColor(String color) {
this.color = color;
}
public int getWeight() {
return weight;
}
public void setWeight(int weight) {
this.weight = weight;
}
public int getVolume() {
return volume;
}
public void setVolume(int volume) {
this.volume = volume;
}
public Location getLoc() {
return loc;
}
public void setLoc(Location loc) {
this.loc = loc;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Appler appler = (Appler)super.clone();
appler.loc = (Location) loc.clone();
// 為實(shí)現(xiàn)StringBuilder的深拷貝矮锈，手動(dòng)new
appler.desc = new StringBuilder(this.desc);
return appler;
}
@Override
public String toString() {
return "Appler{" +
"color='" + color + '\'' +
", weight=" + weight +
", volume=" + volume +
", loc=" + loc +
", desc=" + desc +
'}';
}
}
拷貝對(duì)象持有類：
// 為實(shí)現(xiàn)該對(duì)象的深拷貝
public class Location implements Cloneable{
String name;
public Location(String name){
this.name = name;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
@Override
public String toString() {
return "Locaton{" +
"name='" + name + '\'' +
'}';
}
}
??我們當(dāng)然還可以通過(guò)java的序列化和反序列化實(shí)現(xiàn)深拷貝。
3. 登記形式的Prototype
??登記形式不要求copy類自己實(shí)現(xiàn)clone()或使用clone()執(zhí)行生成對(duì)象的邏輯（偽克抡隼佟）苞笨，而是引入原型管理器來(lái)存取對(duì)象，即不克隆而是通過(guò)k子眶、v方式存取瀑凝。
3.1 結(jié)構(gòu)
登記形式增加角色：
- 原型管理器(PrototypeManager)角色，創(chuàng)建具體原型類的對(duì)象臭杰，并記錄每一個(gè)被創(chuàng)建的對(duì)象猜丹。
3.2 示例
抽象原型角色：
public interface Prototype{
public Prototype clone();
public String getName();
public void setName(String name);
}
具體原型角色1：
public class ConcretePrototype1 implements Prototype {
private String name;
public Prototype clone(){
ConcretePrototype1 prototype = new ConcretePrototype1();
prototype.setName(this.name);
return prototype;
}
public String toString(){
return "Now in Prototype1 , name = " + this.name;
}
@Override
public String getName() {
return name;
}
@Override
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
具體原型角色2：
public class ConcretePrototype2 implements Prototype {
private String name;
public Prototype clone(){
ConcretePrototype2 prototype = new ConcretePrototype2();
prototype.setName(this.name);
return prototype;
}
public String toString(){
return "Now in Prototype2 , name = " + this.name;
}
@Override
public String getName() {
return name;
}
@Override
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
** 原型管理器：**
public class PrototypeManager {
/**
* 用來(lái)記錄原型的編號(hào)和原型實(shí)例的對(duì)應(yīng)關(guān)系
*/
private static Map<String,Prototype> map = new HashMap<String,Prototype>();
/**
* 私有化構(gòu)造方法，避免外部創(chuàng)建實(shí)例
*/
private PrototypeManager(){}
/**
* 向原型管理器里面添加或是修改某個(gè)原型注冊(cè)
*/
public synchronized static void setPrototype(String prototypeId , Prototype prototype){
map.put(prototypeId, prototype);
}
/**
* 從原型管理器里面刪除某個(gè)原型注冊(cè)
*/
public synchronized static void removePrototype(String prototypeId){
map.remove(prototypeId);
}
/**
* 獲取某個(gè)原型編號(hào)對(duì)應(yīng)的原型實(shí)例
*/
public synchronized static Prototype getPrototype(String prototypeId) throws Exception{
Prototype prototype = map.get(prototypeId);
if(prototype == null){
throw new Exception("您希望獲取的原型還沒(méi)有注冊(cè)或已被銷毀");
}
return prototype;
}
}
調(diào)用：
public class Client {
public static void main(String[]args){
try{
Prototype p1 = new ConcretePrototype1();
PrototypeManager.setPrototype("p1", p1);
//獲取原型來(lái)創(chuàng)建對(duì)象
Prototype p3 = PrototypeManager.getPrototype("p1").clone();
p3.setName("張三");
System.out.println("第一個(gè)實(shí)例：" + p3);
//有人動(dòng)態(tài)的切換了實(shí)現(xiàn)
Prototype p2 = new ConcretePrototype2();
PrototypeManager.setPrototype("p1", p2);
//重新獲取原型來(lái)創(chuàng)建對(duì)象
Prototype p4 = PrototypeManager.getPrototype("p1").clone();
p4.setName("李四");
System.out.println("第二個(gè)實(shí)例：" + p4);
//有人注銷了這個(gè)原型
PrototypeManager.removePrototype("p1");
//再次獲取原型來(lái)創(chuàng)建對(duì)象
Prototype p5 = PrototypeManager.getPrototype("p1").clone();
p5.setName("王五");
System.out.println("第三個(gè)實(shí)例：" + p5);
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}
兩種方式：
- 如果需要?jiǎng)?chuàng)建的原型對(duì)象數(shù)目較少而且比較固定的話硅卢，可以采取簡(jiǎn)單形式射窒，原型對(duì)象的引用可以由客戶端自己保存。
- 如果要?jiǎng)?chuàng)建的原型對(duì)象數(shù)目不固定的話将塑，可以采取登記形式脉顿，原型管理器來(lái)保存對(duì)象。
4. 總結(jié)
原型模式優(yōu)點(diǎn)：
原型模式允許在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)改變具體的實(shí)現(xiàn)類型点寥。原型模式可以在運(yùn)行期間艾疟，由客戶來(lái)注冊(cè)符合原型接口的實(shí)現(xiàn)類型，也可以動(dòng)態(tài)地改變具體的實(shí)現(xiàn)類型敢辩，看起來(lái)接口沒(méi)有任何變化蔽莱，但其實(shí)運(yùn)行的已經(jīng)是另外一個(gè)類實(shí)例了。因?yàn)榭寺∫粋€(gè)原型就類似于實(shí)例化一個(gè)類戚长。
原型模式的缺點(diǎn)：
原型模式最主要的缺點(diǎn)是每一個(gè)類都必須配備一個(gè)克隆方法盗冷。配備克隆方法需要對(duì)類的功能進(jìn)行通盤考慮，這對(duì)于全新的類來(lái)說(shuō)不是很難同廉，而對(duì)于已經(jīng)有的類不一定很容易仪糖，特別是當(dāng)一個(gè)類引用不支持序列化的間接對(duì)象，或者引用含有循環(huán)結(jié)構(gòu)的時(shí)候迫肖。
5. java的克隆方法
5.1 簡(jiǎn)介
??Java的所有類都是從java.lang.Object類繼承而來(lái)的锅劝，而Object類提供protected Object clone()方法對(duì)對(duì)象進(jìn)行復(fù)制，子類當(dāng)然也可以把這個(gè)方法置換掉蟆湖，提供滿足自己需要的復(fù)制方法故爵。對(duì)象的復(fù)制有一個(gè)基本問(wèn)題，就是對(duì)象通常都有對(duì)其他的對(duì)象的引用隅津。當(dāng)使用Object類的clone()方法來(lái)復(fù)制一個(gè)對(duì)象時(shí)诬垂，此對(duì)象對(duì)其他對(duì)象的引用也同時(shí)會(huì)被復(fù)制一份
??Java語(yǔ)言提供的Cloneable接口只起一個(gè)作用，就是在運(yùn)行時(shí)期通知Java虛擬機(jī)可以安全地在這個(gè)類上使用clone()方法饥瓷。通過(guò)調(diào)用這個(gè)clone()方法可以得到一個(gè)對(duì)象的復(fù)制剥纷。由于Object類本身并不實(shí)現(xiàn)Cloneable接口，因此如果所考慮的類沒(méi)有實(shí)現(xiàn)Cloneable接口時(shí)呢铆，調(diào)用clone()方法會(huì)拋出CloneNotSupportedException異常晦鞋。
克隆滿足的條件：
??clone()方法將對(duì)象復(fù)制了一份并返還給調(diào)用者。所謂“復(fù)制”的含義與clone()方法是怎么實(shí)現(xiàn)的棺克。一般而言悠垛，clone()方法滿足以下的描述：
- 對(duì)任何的對(duì)象x，都有：x.clone()!=x娜谊。換言之确买，克隆對(duì)象與原對(duì)象不是同一個(gè)對(duì)象。
- 對(duì)任何的對(duì)象x纱皆，都有：x.clone().getClass() == x.getClass()湾趾，換言之芭商，克隆對(duì)象與原對(duì)象的類型一樣。
- 如果對(duì)象x的equals()方法定義其恰當(dāng)?shù)脑挷蟛敲磝.clone().equals(x)應(yīng)當(dāng)成立的铛楣。
??在JAVA語(yǔ)言的API中，凡是提供了clone()方法的類艺普，都滿足上面的這些條件簸州。JAVA語(yǔ)言的設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)自己的clone()方法時(shí)，也應(yīng)當(dāng)遵守著三個(gè)條件歧譬。一般來(lái)說(shuō)岸浑，上面的三個(gè)條件中的前兩個(gè)是必需的，而第三個(gè)是可選的瑰步。
5.2 深拷貝和淺拷貝
淺拷貝：
??只負(fù)責(zé)克隆按值傳遞的數(shù)據(jù)（比如基本數(shù)據(jù)類型矢洲、String類型），而不復(fù)制它所引用的對(duì)象面氓，換言之兵钮，所有的對(duì)其他對(duì)象的引用都仍然指向原來(lái)的對(duì)象。
深拷貝：
??除了淺拷貝要克隆的值外舌界，還負(fù)責(zé)克隆引用類型的數(shù)據(jù)掘譬。那些引用其他對(duì)象的變量將指向被復(fù)制過(guò)的新對(duì)象，而不再是原有的那些被引用的對(duì)象呻拌。換言之葱轩，深度克隆把要復(fù)制的對(duì)象所引用的對(duì)象都復(fù)制了一遍，而這種對(duì)被引用到的對(duì)象的復(fù)制叫做間接復(fù)制藐握。
5.3 用序列化實(shí)現(xiàn)深拷貝
??把對(duì)象寫(xiě)到流里的過(guò)程是序列化(Serialization)過(guò)程靴拱；而把對(duì)象從流中讀出來(lái)的過(guò)程則叫反序列化(Deserialization)過(guò)程。應(yīng)當(dāng)指出的是猾普，寫(xiě)到流里的是對(duì)象的一個(gè)拷貝袜炕，而原對(duì)象仍然存在于JVM里面。
??在Java語(yǔ)言里深度克隆一個(gè)對(duì)象初家，常迟司剑可以先使對(duì)象實(shí)現(xiàn)Serializable接口，然后把對(duì)象（實(shí)際上只是對(duì)象的拷貝）寫(xiě)到一個(gè)流里（序列化）溜在，再?gòu)牧骼镒x回來(lái)（反序列化）陌知，便可以重建對(duì)象。
public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException{
//將對(duì)象寫(xiě)到流里
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(this);
//從流里讀回來(lái)
ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
return ois.readObject();
}
??這樣做的前提就是對(duì)象以及對(duì)象內(nèi)部所有引用到的對(duì)象都是可序列化的掖肋，否則仆葡，就需要仔細(xì)考察那些不可序列化的對(duì)象可否設(shè)成transient，從而將之排除在復(fù)制過(guò)程之外志笼。
??淺度克隆顯然比深度克隆更容易實(shí)現(xiàn)沿盅，因?yàn)镴ava語(yǔ)言的所有類都會(huì)繼承一個(gè)clone()方法把篓，而這個(gè)clone()方法所做的正式淺度克隆。
??有一些對(duì)象嗡呼，比如線程(Thread)對(duì)象或Socket對(duì)象纸俭，是不能簡(jiǎn)單復(fù)制或共享的。不管是使用淺度克隆還是深度克隆南窗，只要涉及這樣的間接對(duì)象，就必須把間接對(duì)象設(shè)成transient而不予復(fù)制郎楼；或者由程序自行創(chuàng)建出相當(dāng)?shù)耐N對(duì)象万伤，權(quán)且當(dāng)做復(fù)制件使用。
5.4 序列化實(shí)現(xiàn)深拷貝示例
??以孫大圣的身外身本領(lǐng)為例呜袁，即孫大圣持有金箍棒敌买，還可以不斷的分身。TheGreatestSage類表示孫大圣本尊阶界，齊天大圣持有一個(gè)猢猻（Monkey）的實(shí)例和金箍棒(GoldRingedStaff)虹钮。
金箍棒類GoldRingedStaff:
public class GoldRingedStaff {
private float height = 100.0f;
private float diameter = 10.0f;
/**
* 增長(zhǎng)行為，每次調(diào)用長(zhǎng)度和半徑增加一倍
*/
public void grow(){
this.diameter *= 2;
this.height *= 2;
}
/**
* 縮小行為膘融，每次調(diào)用長(zhǎng)度和半徑減少一半
*/
public void shrink(){
this.diameter /= 2;
this.height /= 2;
}
}
猢猻Monkey類:
public class Monkey implements Cloneable,Serializable {
//身高
private int height;
//體重
private int weight;
//生日
private Date birthDate;
//金箍棒
private GoldRingedStaff staff;
/**
* 構(gòu)造函數(shù)
*/
public Monkey(){
this.birthDate = new Date();
staff = new GoldRingedStaff();
}
/**
* 克隆方法
*/
public Object clone(){
Monkey temp = null;
try {
temp = (Monkey) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} finally {
return temp;
}
}
/**
* 深拷貝關(guān)鍵
*/
public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException{
//將對(duì)象寫(xiě)到流里
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(this);
//從流里讀回來(lái)
ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
return ois.readObject();
}
public int getHeight() {
return height;
}
public void setHeight(int height) {
this.height = height;
}
public int getWeight() {
return weight;
}
public void setWeight(int weight) {
this.weight = weight;
}
public Date getBirthDate() {
return birthDate;
}
public void setBirthDate(Date birthDate) {
this.birthDate = birthDate;
}
public GoldRingedStaff getStaff() {
return staff;
}
public void setStaff(GoldRingedStaff staff) {
this.staff = staff;
}
}
孫大圣本人TheGreatestSage類:
public class TheGreatestSage {
private Monkey monkey = new Monkey();
public void change(){
//克隆大圣本尊
Monkey copyMonkey = (Monkey)monkey.deepClone();
System.out.println("大圣本尊的生日是：" + monkey.getBirthDate());
System.out.println("克隆的大圣的生日是：" + monkey.getBirthDate());
System.out.println("大圣本尊跟克隆的大圣是否為同一個(gè)對(duì)象 " + (monkey == copyMonkey));
System.out.println("大圣本尊持有的金箍棒 跟 克隆的大圣持有的金箍棒是否為同一個(gè)對(duì)象芙粱？ " + (monkey.getStaff() == copyMonkey.getStaff()));
}
public static void main(String[]args){
TheGreatestSage sage = new TheGreatestSage();
sage.change();
}
}
結(jié)果：
大圣本尊的生日是：Wed Jun 28 11:31:01 CST 2017
克隆大圣的生日是：Wed Jun 28 11:31:01 CST 2017
大圣本尊同克隆大圣是否為同一個(gè)對(duì)象：false
大圣本尊持有的金箍棒 同 克隆大圣持有的金箍棒是否為同一個(gè)對(duì)象：false
??在大圣復(fù)制件里面，此金箍棒實(shí)例是原大圣本尊對(duì)象所持有的金箍棒對(duì)象的一個(gè)拷貝氧映。在大圣本尊對(duì)象被序列化和反序列化時(shí)春畔，它所持有的金箍棒對(duì)象也同時(shí)被序列化和反序列化，這使得復(fù)制的大圣的金箍棒和原大圣本尊對(duì)象所持有的金箍棒對(duì)象是兩個(gè)獨(dú)立的對(duì)象岛都。
??繼承自java.lang.Object類的clone()方法是淺克隆律姨，為做到深度克隆，所有需要復(fù)制的對(duì)象都需要實(shí)現(xiàn)java.io.Serializable接口臼疫。
