設計模式-原型(prototype)

来源:http://www.cnblogs.com/bateman6988/archive/2017/10/25/7707736.html
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一、概念 用原型實例指定創建對象的種類，並通過拷貝這些原型創建新的對象。 二、模式動機 當已有一個對像，暫且稱之為原型對象，需要一個新的對像，該對像和已有的原型對像具有相同的類型，且裡面的屬性大部分相同，或者只有個別不同時，這時就可以用原型模式，克隆原型對像，產生一個新的對像，並對新的對像屬性進行適 ...


 一、概念

　　用原型實例指定創建對象的種類，並通過拷貝這些原型創建新的對象。

二、模式動機

　　當已有一個對像，暫且稱之為原型對象，需要一個新的對像，該對像和已有的原型對像具有相同的類型，且裡面的屬性大部分相同，或者只有個別不同時，這時就可以用原型模式，克隆原型對像，產生一個新的對像，並對新的對像屬性進行適當的修改，已適應系統需求。比如新生產的同一批次同一型號的筆記本電腦，如果每個電腦都是一個實例對像，這些電腦配置都是相同的，唯一不同可能是序列號不同，如何實例化所有的電腦，這時就可以用一個原型電腦，去克隆出所有的電腦，只需對克隆出來的新電腦設置正確的序列號就可以了。

三、模式的結構

　　

 　　角色分析：

　　　　1.IPrototype:聲明一個克隆自身的介面

　　　　2.ConcretePrototype(ConcretePrototypeA,ConcretePrototypeA): 實現了IPrototype介面， 這些類真正實現了克隆自身的功能

　　　　3.Client:讓一個原型對象克隆自身產生一個新的對象。

　　

樣例代碼：

package prototype;

/**
 * 聲明一個克隆自身的介面，所有實現該介面的類實例，都可以克隆自身產生一個新的對象
* @ClassName: IPrototype 
* @author beteman6988
* @date 2017年10月23日 下午9:47:35 
*
 */
public interface IPrototype {
    
    /**
     * 實現克隆自身的介面方法
    * @Title: clone 
    * @param @return   
    * @return IPrototype    
    * @throws
     */
    public IPrototype clone();

}
package prototype;

/**
 * 實現了克隆介面的具體實現對象
* @ClassName: ConcretePrototype 
* @author beteman6988
* @date 2017年10月23日 下午9:51:13 
*
 */
public class ConcretePrototypeA implements IPrototype {

    /**
     * 實現克隆功能的具本方法
     */
    @Override
    public IPrototype clone() {
        //最簡單的方式就是new 一個新對像，並一一將自已的屬性值複製到新的對像裡面
        IPrototype cloneObj=new ConcretePrototypeA();
        //將本對像的屬性值賦於新的對像
        //如   cloneObj.setProperty(this.propety); 等
        return cloneObj;
    }

}
package prototype;

/**
 * 實現了克隆介面的具體實現對象
* @ClassName: ConcretePrototype 
* @author beteman6988
* @date 2017年10月23日 下午9:51:13 
*
 */
public class ConcretePrototypeB implements IPrototype {
    
    /**
     * 實現克隆功能的具本方法
     */
    @Override
    public IPrototype clone() {
        //最簡單的方式就是new 一個新對像，並一一將自已的屬性值複製到新的對像裡面
        IPrototype cloneObj=new ConcretePrototypeB();
        //將本對像的屬性值賦於新的對像
        //如   cloneObj.setProperty(this.propety); 等
        return cloneObj;
    }

}
package prototype;

/**
 * 客戶端程式，從已有實例克隆出一個新的對象
* @ClassName: Client 
* @author beteman6988
* @date 2017年10月23日 下午10:06:18 
*
 */
public class Client {
    private IPrototype instance=new ConcretePrototypeA();
    
    
    private void operation() {
        //從已有實例 instance 克隆出一個新的對象 cloneObj
        IPrototype  cloneObj=instance.clone();
    }
    
}

 　

　關於淺度克隆、深度克隆及java對該原型模式的支持

　　1.淺度克隆與深度克隆：在講原型模式是，淺度克隆與深度克隆是逃不開的話題，上面的示例都是淺度克隆，那麼什麼是淺度克隆和深度克隆呢？

　　　　淺度克隆：只負責按值傳遞的數據，如基本數據類型和String  ,如果是引用，則原型對像和克隆出的對像指的是同一個引用地址。

 　　　  深度克隆：除了淺度克隆要克隆的值外，引用對像也會被克隆，克隆出的對像和原型對像中的引用是不同的，指上不同的地址空間。

　　2. java對淺度克隆的支持：java.lang.Object.clone()方法，該方法為protected native方法，表明繼承於他的類都可以調用該方法，又由於java中的所有類都繼承於java.lang.Object，所以說java中的所有類都可以以super.clone()的方式調用java.lang.Object.clone()方法。當子類通過調用java.lang.Object.clone()方法實現克隆時，子類必須實現Cloneable標識介面，該標識介面的作用就是在運行時通知java虛擬機可以安全的在這個類上使用clone()方法，通過該方法得到一個對像的克隆，如下圖所示：

　　　　　　　　　　　　

　　代碼如下：

　　

package prototype.cloneable;

/**
 * 聲明一個克隆自身的介面，所有實現該介面的類實例，都可以克隆自身產生一個新的對象
* @ClassName: IPrototype 
* @author beteman6988
* @date 2017年10月23日 下午9:47:35 
*
 */
public interface IPrototype extends Cloneable {
    
    /**
     * 實現克隆自身的介面方法
    * @Title: clone 
    * @param @return   
    * @return IPrototype    
    * @throws
     */
    public IPrototype clone();

}
package prototype.cloneable;
/**
 * 實現了克隆介面的具體實現對象
* @ClassName: ConcretePrototype 
* @author beteman6988
* @date 2017年10月23日 下午9:51:13 
*
 */
public class ConcretePrototypeA implements IPrototype {

    /**
     * 實現克隆功能的具本方法
     */
    @Override
    public IPrototype clone() {
        
        try {
            return     (IPrototype)super.clone();
            
        } catch ( Exception e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}
package prototype.cloneable;

/**
 * 客戶端程式  跟據已有實例，克隆出一個新的實例
* @ClassName: Client 
* @author beteman6988
* @date 2017年10月23日 下午11:37:18 
*
 */
public class Client {
    private IPrototype instance=new ConcretePrototypeA();
    public void option() {
        IPrototype p=instance.clone();
    }
    
}

 　　　　3.java對深度克隆的支持：在java裡面利用串列化Serilization可以實現深度克隆，他要求原型類及原型類裡面的引用類都需要實現Serializable標識介面，他的實現思想是通過將原型對像寫到流裡面，然後再從流里讀出來重建對像。還是基於上面的例子，如下圖：

　　　　　　

package prototype;

import java.io.Serializable;

public class A  implements Serializable {
    
}
package prototype;

import java.io.Serializable;

/**
 * 聲明一個克隆自身的介面，所有實現該介面的類實例，都可以克隆自身產生一個新的對象
* @ClassName: IPrototype 
* @author beteman6988
* @date 2017年10月23日 下午9:47:35 
*
 */
public interface IPrototype extends Serializable {
    
    /**
     * 實現克隆自身的介面方法
    * @Title: clone 
    * @param @return   
    * @return IPrototype    
    * @throws
     */
    public IPrototype clone();

}
package prototype;

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;

/**
 * 實現了克隆介面的具體實現對象
* @ClassName: ConcretePrototype 
* @author beteman6988
* @date 2017年10月23日 下午9:51:13 
*
 */
public class ConcretePrototypeA implements IPrototype {
    
    private A a =new A();

    /**
     * 實現克隆功能的具本方法
     */
    @Override
    public IPrototype clone() {
        
        try {
            //將對像寫入流中
            ByteArrayOutputStream bo=new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream oo=new ObjectOutputStream(bo);
            oo.writeObject(this);
            
            //將對像從流中讀出
            ByteArrayInputStream bi=new ByteArrayInputStream(bo.toByteArray());
            ObjectInputStream oi=new ObjectInputStream(bi);
            return (IPrototype)oi.readObject();
            
        } catch ( Exception e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}
package prototype;

/**
 * 客戶端程式  
* @ClassName: Client 
* @author beteman6988
* @date 2017年10月23日 下午11:37:18 
*
 */
public class Client {
    
    public static void main(String[] args) {
        IPrototype prototype=new ConcretePrototypeA();
        IPrototype copy= prototype.clone();
    }
}

通過調試見下圖，可以看出copy對象及內部的a 引用對象與原型對象是不同的對象，如下圖示:

　　　　　　　　

 

　　　　4.java通過逐級淺克隆實現深度克隆:通過java.lang.Object.clone()對java對像及內部的引用逐級克隆也是可以實現的，難點只是無法確定克隆的層次，因為引用裡面還有可能有引用，引用的層次無法確定。　

四、模式樣例

　　現實生活中複印機和細胞分裂就是很貼切的例子，當我們將一份文件放到複印機中，複印機可以將原件自身複印(克隆)出另一份文件，兩份文件內容相同，但是是不同的兩個實體。如下圖所示：

　　　　　　　　　　　　　　　

 

　　

package prototype;

/**
 * 具有複印功能的介面
* @ClassName: CopyAble 
* @author beteman6988
* @date 2017年10月23日 下午11:19:45 
*
 */
public interface CopyAble {
    
    public CopyAble copy();

}
/**
 * 可以複製的一張紙
* @ClassName: Paper 
* @author beteman6988
* @date 2017年10月23日 下午11:28:57 
*
 */
public class Paper implements CopyAble {
    
    private String header;  //文件頭
    private String content; //文件內容
    private String footer;  //文件尾

    
    /**
     * 複製出內容一樣的一張紙
     */
    @Override
    public CopyAble copy() {
        Paper anotherPaper=new Paper();
        anotherPaper.setHeader(this.header);
        anotherPaper.setContent(this.content);
        anotherPaper.setFooter(this.footer);
        return anotherPaper;
    }

    public String getHeader() {
        return header;
    }

    public void setHeader(String header) {
        this.header = header;
    }

    public String getContent() {
        return content;
    }

    public void setContent(String content) {
        this.content = content;
    }

    public String getFooter() {
        return footer;
    }

    public void setFooter(String footer) {
        this.footer = footer;
    }
    
    
}
/**
 * 可以複製的一張紙
* @ClassName: Paper 
* @author beteman6988
* @date 2017年10月23日 下午11:28:57 
*
 */
public class Paper implements CopyAble {
    
    private String header;  //文件頭
    private String content; //文件內容
    private String footer;  //文件尾

    
    /**
     * 複製出內容一樣的一張紙
     */
    @Override
    public CopyAble copy() {
        Paper anotherPaper=new Paper();
        anotherPaper.setHeader(this.header);
        anotherPaper.setContent(this.content);
        anotherPaper.setFooter(this.footer);
        return anotherPaper;
    }

    public String getHeader() {
        return header;
    }

    public void setHeader(String header) {
        this.header = header;
    }

    public String getContent() {
        return content;
    }

    public void setContent(String content) {
        this.content = content;
    }

    public String getFooter() {
        return footer;
    }

    public void setFooter(String footer) {
        this.footer = footer;
    }
    
    
}
/**
 * 可複製的一張照片
* @ClassName: Picture 
* @author beteman6988
* @date 2017年10月23日 下午11:30:51 
*
 */
public class Picture implements CopyAble {

    private String data; //照片內容
    
    /**
     * 複製出內容一模一樣的一張照片
     */
    @Override
    public CopyAble copy() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return null;
    }

    public String getData() {
        return data;
    }

    public void setData(String data) {
        this.data = data;
    }
    
}
package prototype;

/**
 * 複印機類，可以複印一切可以複印的東西（即實現CopyAble的實現類）
* @ClassName: CopyMachine 
* @author beteman6988
* @date 2017年10月23日 下午11:34:35 
*
 */
public class CopyMachine {
    
    /**
     * 對傳入的可複製對像進行複製
    * @Title: runCopy 
    * @param @param source
    * @param @return   
    * @return CopyAble    
    * @throws
     */
    public CopyAble runCopy(CopyAble source) {
        return source.copy();
    }

}
package prototype;

/**
 * 客戶端程式  使用複印機，對現有的可複製資料進行複製
* @ClassName: Client 
* @author beteman6988
* @date 2017年10月23日 下午11:37:18 
*
 */
public class Client {
    
    public static void main(String[] args) {
        
         CopyMachine machine=new CopyMachine();
        
         Paper aPaper=new Paper();
         aPaper.setHeader("文件頭內空");
         aPaper.setContent("文件內容");
         aPaper.setFooter("文件尾內容");
         
         Paper anotherPaper= (Paper) machine.runCopy(aPaper); //複印機複印出另一文件
         System.out.println(anotherPaper.getHeader());
         System.out.println(anotherPaper.getContent());
         System.out.println(anotherPaper.getFooter());
　　　

　　　　　　System.out.println(aPaper==anotherPaper);
　　　　　　System.out.println(aPaper.getClass()==anotherPaper.getClass());


         
    }
    
}

運行結果如下：

文件頭內空
文件內容
文件尾內容
false
true

 　

五、模式的約束

　　對於第三方客戶提供的實現類，這種類往往無權進行修改，這時如何實現對該類實例的克隆，是相當麻煩，這時可以藉助一些通用性比較好的工具類來完成，如apache 的org.apache.commons.beanutils.BeanUtils.copyProperties(Object dest, Object orig)

 

　　對於克隆出的新對象和原對象之間需滿足以下條件約束

　　1 對於任何對象  x.clone()!=x  克隆對像和原對象不是同一個對像  ，該條件必須滿足

　　2. x.clone().getClass()=x.getClass() ，克隆對像和原對像的類型必須相同

　　3.x.clone().equals(x)  , 可選

　　

六、模式的變體與擴展

 　　在實際的開發中，對於需要單獨實現克隆的情況相對較少，經常使用的是一些寫好的通用工具類，如apache 的org.apache.commons.beanutils.BeanUtils.copyProperties(Object dest, Object orig) ，其實現原理是通過java的反射機制來實現的，拿來就可以直接使用。

七、與其它模式的關係

　　如抽像工廠模式或工廠方法模式，這些模式關註點是要產生什麼樣的對像，對於如何產生這樣的對像，適當的情況下就可以結合原型模式，如通過已有的對像產生想要的對像。

八、模式優缺點

 　　優點：對客戶隱藏具體的實現類型，原型模式的客戶端只知道原型介面的類型，並不知道具體的實現類型，從而減少了客戶端對這些具體實現類的依賴。

         缺點：在實現深度克隆時比較麻煩，對於對像裡面有引用，引用裡面可能還有引用，每個引用層級的類都必須正確實現clone()方法才能讓所有層級的對像正確的實現克隆。


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