大話設計模式筆記（七）の原型模式

来源:https://www.cnblogs.com/call-me-devil/archive/2019/07/13/11180403.html
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舉個慄子 問題描述 要求有一個簡歷類，必須要有姓名，可以設置性別和年齡，可以設置工作經歷，最終需要三份簡歷。 簡單實現 簡歷類 測試 測試結果 存在的問題 跟手寫簡歷沒有差別，三份簡歷需要三份實例化，如果客戶需要二十份簡歷，那就得實例化二十次。 原型模式 定義 用原型實例指定創建對象的種類，並且通過 ...


舉個慄子

問題描述

要求有一個簡歷類，必須要有姓名，可以設置性別和年齡，可以設置工作經歷，最終需要三份簡歷。

簡單實現

簡歷類

/**
 * 簡歷類
 * Created by callmeDevil on 2019/7/13.
 */
public class Resume {
    
    private String name;
    private String sex;
    private String age;
    private String timeArea;
    private String company;
    
    public Resume (String name) {
        this.name = name;
    }

    /**
     * 設置個人信息
     * @param sex
     * @param age
     */
    public void setPersonalInfo(String sex, String age){
        this.sex = sex;
        this.age = age;
    }

    /**
     * 設置工作經歷
     * @param timeArea
     * @param company
     */
    public void setWorkExperience(String timeArea, String company) {
        this.timeArea = timeArea;
        this.company = company;
    }

    /**
     * 顯示
     */
    public void display () {
        System.out.println(String.format("%s %s %s", name, sex, age));
        System.out.println(String.format("工作經歷：%s %s", timeArea, company));
    }
 
    // 此處省略get、set方法
    
}

測試

/**
 * 測試
 * Created by callmeDevil on 2019/7/13.
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        Resume resumeA = new Resume("callmeDevil");
        resumeA.setPersonalInfo("男", "24");
        resumeA.setWorkExperience("2018-2019", "偉大的航道");

        Resume resumeB = new Resume("callmeDevil");
        resumeB.setPersonalInfo("男", "24");
        resumeB.setWorkExperience("2018-2019", "偉大的航道");

        Resume resumeC = new Resume("callmeDevil");
        resumeC.setPersonalInfo("男", "24");
        resumeC.setWorkExperience("2018-2019", "偉大的航道");

        resumeA.display();
        resumeB.display();
        resumeC.display();
    }

}

測試結果

callmeDevil 男 24
工作經歷：2018-2019 偉大的航道
callmeDevil 男 24
工作經歷：2018-2019 偉大的航道
callmeDevil 男 24
工作經歷：2018-2019 偉大的航道

存在的問題

跟手寫簡歷沒有差別，三份簡歷需要三份實例化，如果客戶需要二十份簡歷，那就得實例化二十次。

原型模式

定義

用原型實例指定創建對象的種類，並且通過拷貝這些原型創建新的對象。

UML圖

代碼實現

/**
 * 簡歷類（實現JDK克隆介面）
 * Created by callmeDevil on 2019/7/13.
 */
public class Resume implements Cloneable{

    private String name;
    private String sex;
    private String age;
    private String timeArea;
    private String company;

    public Resume (String name) {
        this.name = name;
    }

    /**
     * 設置個人信息
     * @param sex
     * @param age
     */
    public void setPersonalInfo(String sex, String age){
        this.sex = sex;
        this.age = age;
    }

    /**
     * 設置工作經歷
     * @param timeArea
     * @param company
     */
    public void setWorkExperience(String timeArea, String company) {
        this.timeArea = timeArea;
        this.company = company;
    }

    /**
     * 顯示
     */
    public void display () {
        System.out.println(String.format("%s %s %s", name, sex, age));
        System.out.println(String.format("工作經歷：%s %s", timeArea, company));
    }

    /**
     * 實現克隆方法，可進行自己的克隆邏輯
     * @return
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }

    // 此處省略get、set方法

}

測試

/**
 * 原型模式測試
 * Created by callmeDevil on 2019/7/13.
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Resume resumeA = new Resume("callmeDevil");
        resumeA.setPersonalInfo("男", "24");
        resumeA.setWorkExperience("2018-2019", "偉大的航道");

        // 只需要調用clone方法就可以實現新簡歷的生成，並且可以修改新簡歷的細節
        Resume resumeB = (Resume) resumeA.clone();
        resumeB.setWorkExperience("2019-2020", "新世界");

        Resume resumeC = (Resume) resumeA.clone();
        resumeC.setPersonalInfo("男", "25");

        resumeA.display();
        resumeB.display();
        resumeC.display();
    }

}

測試結果

callmeDevil 男 24
工作經歷：2018-2019 偉大的航道
callmeDevil 男 24
工作經歷：2019-2020 新世界
callmeDevil 男 25
工作經歷：2018-2019 偉大的航道

好處

  • 一般在初始化的信息不發生變化的情況下，克隆是最好的方法。這既隱藏了對象創建的細節，又對性能是大大的提高。
  • 不用重新初始化對象，而是動態的獲得對象運行時的狀態。

淺複製與深複製

淺複製

在上面這個簡歷類中，如果欄位是值類型（基本數據類型）的，則對該欄位直接進行複製；如果是引用類型（String等），則/複製引用/但不/複製引用的對象/；因此，原始對象及其副本引用同一對象。

在此之前，我們先做一個簡單的測試

    System.out.println("123" == "123");
    System.out.println("123".equals("123"));
    System.out.println(new String("123") == new String("123"));
    System.out.println(new String("123").equals(new String("123")));

相信有點基礎的都知道答案吧？就不賣弄了，直接上結果

true
true
false
true

至於結果為什麼會這樣，網上也許多分析，此處重點在淺複製的講解，因此不做過多敘述。

帶著上面的理解再看下麵的內容。在可克隆的簡歷類例子中，基本數據類型就沒什麼好測試的，有興趣的也可以將年齡改成 int 類型；對於其他 String 類型，就拿 company 欄位來說，我們新建一個測試類看下是什麼結果

public class Test2 {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Resume resumeA = new Resume("callmeDevil");
        resumeA.setWorkExperience("0", "偉大的航道");// 直接聲明String

        Resume resumeB = (Resume) resumeA.clone();

        // A 與 B 的公司兩種比較
        System.out.println(resumeA.getCompany() == resumeB.getCompany());
        System.out.println(resumeA.getCompany().equals(resumeB.getCompany()));

        resumeA.setWorkExperience("0", new String("偉大的航道"));//new 的方式創建String

        Resume resumeC = (Resume) resumeA.clone();

        // A 與 C 的公司兩種比較
        System.out.println(resumeA.getCompany() == resumeC.getCompany());
        System.out.println(resumeA.getCompany().equals(resumeC.getCompany()));
    }

}

比對第一個“123”的例子，稍微思考下在比對下麵結果看是否一致

true
true
true
true

是的，這就是淺複製。不論A簡歷的 company 是直接聲明的還是 new 出來的，在clone方法中都只會對 company 欄位複製一份引用而已。因此才會出現 “==” 和 “equal()”的結果都是“true”。對於引用類型來說，這個欄位所在類實現了clone方法是不夠的，它只會對引用類型複製一份引用，那如果連引用類型的欄位也要創建一份新的數據，那便是 “深複製”。

  • 淺複製就是，被覆制的對象的所有變數都含有與原來對象相同的值，而所有其他對象的引用都仍然只想原來的對象。
  • 深複製把引用對象的變數指向複製過的新對象，而不是援用的被引用的對象。

深複製

此處不糾結於如何對上述 String 的深複製。現將簡歷類進行改造，把“工作經歷”抽出成另一個類 WorkExperience

簡歷類2

/**
 * 簡歷類2（深複製）
 * Created by callmeDevil on 2019/7/13.
 */
public class Resume2 implements Cloneable {

    private String name;
    private String sex;
    private String age;
    // 工作經歷
    private WorkExperience work;

    public Resume2 (String name) {
        this.name = name;
        this.work = new WorkExperience();
    }
    
    private Resume2(WorkExperience work) throws CloneNotSupportedException {
        this.work = (WorkExperience) work.clone();
    }

    /**
     * 設置個人信息
     * @param sex
     * @param age
     */
    public void setPersonalInfo(String sex, String age){
        this.sex = sex;
        this.age = age;
    }

    /**
     * 設置工作經歷
     * @param timeArea
     * @param company
     */
    public void setWorkExperience(String timeArea, String company) {
        // 此處賦值給 work 對象
        this.work.setWorkDate(timeArea);
        this.work.setCompany(company);
    }

    /**
     * 顯示
     */
    public void display () {
        System.out.println(String.format("%s %s %s", name, sex, age));
        // 此處顯示 work 對象的值
        System.out.println(String.format("工作經歷：%s %s", work.getWorkDate(), work.getCompany()));
    }

    /**
     * 實現克隆方法，可進行自己的克隆邏輯
     * @return
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        // 調用私有的構造方法，讓“工作經歷”對象克隆完成，然後再給這個“簡歷”對象
        // 相關的欄位賦值，最終返回一個深複製的簡歷對象
        Resume2 obj = new Resume2(this.work);
        obj.setName(this.name);
        obj.setSex(this.sex);
        obj.setAge(this.age);
        return obj;
    }

    // 此處省略get、set方法
    
}

工作經歷

/**
 * 工作經歷
 * Created by callmeDevil on 2019/7/13.
 */
public class WorkExperience implements Cloneable{

    private String workDate;

    private String company;

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

    // 此處省略get、set方法
    
}

測試類

/**
 * 深複製測試
 * Created by callmeDevil on 2019/7/13.
 */
public class TestDeepClone {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Resume2 resumeA = new Resume2("callmeDevil");
        resumeA.setPersonalInfo("男", "24");
        resumeA.setWorkExperience("2018-2019", "偉大的航道");

        Resume2 resumeB = (Resume2) resumeA.clone();
        resumeB.setWorkExperience("2019-2020", "新世界");

        Resume2 resumeC = (Resume2) resumeA.clone();
        resumeC.setWorkExperience("2020-XXXX", "木葉忍者村");

        resumeA.display();
        resumeB.display();
        resumeC.display();
    }

}

測試結果

callmeDevil 男 24
工作經歷：2018-2019 偉大的航道
callmeDevil 男 24
工作經歷：2019-2020 新世界
callmeDevil 男 24
工作經歷：2020-XXXX 木葉忍者村

可以看到，每次克隆都能將簡歷類中的工作經歷類一同新建，而不是單純的同個對象進行改變內容。如果是淺複製的實現，那麼在相同測試類中會出現什麼結果呢？應該能猜到吧，那就是三次輸出都是一樣的。
對於工作經歷類的淺複製實現本文就不描述了，有興趣的可以自行測試，很簡單，需要修改的地方有這麼兩處：

  • 簡歷類實現的克隆方法中直接調用 super.clone() 而不需要重寫。
  • 取消工作經歷類實現克隆介面及其方法。

只需要更改這兩處，在相同的測試類中就能看到以下結果

callmeDevil 男 24
工作經歷：2020-XXXX 木葉忍者村
callmeDevil 男 24
工作經歷：2020-XXXX 木葉忍者村
callmeDevil 男 24
工作經歷：2020-XXXX 木葉忍者村

看到此處就不需要解釋了吧，每次克隆只是新實例化了“簡歷”，但三個“簡歷”中的“工作經歷”都是同一個，每次 set值 的時候都必將影響到所有對象，所以輸出的工作經歷都是相同的。這也同時說明瞭實現深複製的必要條件：

  • 需要實現深複製的引用類型欄位的類（比如上文中的工作經歷）必須實現 Cloneable 介面
  • 該欄位的所屬類（比如上文中的簡歷）實現的克隆方法中必須對該欄位進行克隆與賦值

做到以上兩點，即可將原本淺複製的功能轉變為深複製。

總結

原型模式無非就是對指定創建的原型實例進行複製，再對新對象另做操作，省去重新 new 的過程。其中複製便分為淺複製與深複製。


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