軟件設計模式學習（八）原型模式

時間 2020-03-10

標籤軟件設計模式學習原型简体版

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原型模式

在軟件系統中，有時候須要屢次建立某一類型對象，爲了簡化建立過程，能夠只建立一個對象，而後再經過克隆的方法複製出多個相同的對象，這就是原型模式的設計思想。java

模式定義

原型模式是一種對象建立模式，用原型實例指定建立對象的種類，而且經過複製這些原型建立新的對象。ide

模式結構

Prototype(抽象原型類)測試

抽象原型類是定義具備克隆本身方法的接口，是全部具體原型類的公共父類，能夠是抽象類也能夠是接口。this
ConcretePrototype(具體原型類)prototype

具體原型類實現具體克隆方法，在克隆方法中返回本身的一個克隆對象設計
Client(客戶類)code

讓一個原型克隆自身，從而建立一個新的對象，在客戶類中只需直接實例化或經過工廠方法等方式建立一個對象，再經過調用該對象的克隆方法複製多個相同的對象。對象

Java對原型模式的支持

Java語言中的原型模式實現很簡單，原型模式結構中定義了一個抽象原型類，全部的Java類都繼承自java.lang.Object，而Object類提供一個clone方法，能夠將一個Java對象複製一份。所以在Java中能夠直接使用Object提供的clone()方法來實現對象的克隆。blog

須要注意的是能實現克隆的Java類必須實現一個標識接口Cloneable，表示這個Java類支持複製。若是一個類沒有實現這個接口但調用了clone()方法，Java編譯器將拋出一個CloneNotSupportedException異常。繼承

public class PrototypeDemo implements Cloneable {

    @Override
    protected Object clone() {

        Object o = null;

        try {
            o = super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            System.out.println("Not support cloneable");
        }
        return o;
    }
}

public class Client {

    PrototypeDemo prototypeDemo = new PrototypeDemo();
    PrototypeDemo prototypeDemo2 = (PrototypeDemo) prototypeDemo.clone();
}

深克隆與淺克隆

一般狀況下，一個類包含一些成員對象，在使用原型模式克隆對象時，根據其成員對象是否也克隆，原型模式可分爲兩種形式：深克隆和淺克隆。

淺克隆

被複制對象的全部普通成員變量都具備與原來的對象相同的值，而全部對其餘對象的引用仍然指向原來對象。

obj1是原型對象，obj2爲複製後對象，containedObj1和containedObj2爲成員對象。
深克隆

引用其餘對象的變量將指向被複制過的新對象，而不是原有被引用的對象。

Java語言原型模式的實現

Java語言提供的clone()方法將對象複製一份並返回給調用者，通常而言，clone()方法知足：

對任何對象x，都有clone() != x，即克隆對象與原對象不是同一個對象。
對任何對象x，都有x.clone().getClass() == x.getClass()，即克隆對象與原對象的類型同樣。
若是對象的equals()方法定義恰當，那麼x.clone().equals(x)應該成立。

爲了獲取對象的一份拷貝，能夠利用Object類的clone()方法，具體步驟以下

在派生類中覆蓋基類的clone()方法，並聲明爲public。
在派生類的clone()方法中，調用super.clone()。
在派生類中實現Cloneable接口

經過覆蓋Object類的clone()方法實現淺克隆，若是須要實現深克隆，能夠經過序列化等方式來實現。

原型模式實例之郵件複製（淺克隆）

實例說明

因爲郵件對象包含的內容較多（如發送者、標題、內容、日期、附件等），某系統現需提供一個郵件複製功能，對於已經建立好的郵件對象，能夠經過複製的方式建立一個新的郵件對象，若是須要改變某部份內容，無須修改原始的郵件對象，只須要修改複製後獲得的郵件對象便可。本例使用淺克隆實現郵件複製，即複製郵件（E-mail）的同時不復制附件。

實例代碼及解釋

抽象原型類Object

Object做爲抽象原型類，提供了克隆方法clone()，用於建立一個原型對象，其clone()方法由JVM完成具體實現，用戶在使用時無須關心。
```
public class Object {

    protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;
}
```

具體原型類Email（郵件類）

public class Email implements Cloneable {

    private Attachment attachment = null;

    public Email() {

    }

    public Email(Attachment attachment) {
        this.attachment = attachment;
    }

    public Attachment getAttachment() {
        return attachment;
    }

    @Override
    public Object clone() {

        Email clone = null;

        try {
            clone = (Email) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return clone;
    }
}

附件類Attachment

public class Attachment {

    public void download() {
        System.out.println("下載附件");
    }
}

客戶端測試類Client

public class Client {

    public static void main(String[] args) {

        Email email = new Email(new Attachment());

        Email copyEmail = (Email) email.clone();

        System.out.println(email == copyEmail);
        System.out.println(email.getAttachment() == copyEmail.getAttachment());
    }
}

結果分析

編譯並運行客戶端測試類，輸出結果以下：

經過結果能夠看出，複製獲得的對象與原型對象的引用不一致，但兩個對象的成員對象是同一個，說明雖然對象自己複製了一份，但其成員對象在內存中沒有複製，原型對象與克隆對象都維持了對相同成員對象的引用。

原型模式實例之郵件複製（深克隆）

實例說明

用深克隆實現郵件複製

實例代碼及解釋

具體原型類Email（郵件類）

Email做爲具體類，因爲實現的是深克隆，無須使用Object的clone()方法；經過序列化的方法實現深克隆，因爲要將Email類型對象寫入流中，所以Email類需實現Serializable接口。

public class Email implements Serializable {

    private Attachment attachment = null;

    public Email() {

        this.attachment = new Attachment();
    }

    public Attachment getAttachment() {

        return attachment;
    }

    public Object deepclone() throws IOException, ClassNotFoundException {

        //將對象寫入流中
        ByteArrayOutputStream bao = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bao);
        oos.writeObject(this);

        //將對象從流中取出
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bao.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
        return (ois.readObject());
    }
}

附件類Attachment

Attachment類型對象也將被寫入流中，所以也需實現Serializable接口。

public class Attachment implements Serializable {

    public void download() {
        System.out.println("下載附件");
    }
}

客戶端測試類Client

public class Client {

    public static void main(String[] args) {

        Email email, copyEmail = null;

        email = new Email();

        try {
            copyEmail = (Email) email.deepclone();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(email == copyEmail);
        System.out.println(email.getAttachment() == copyEmail.getAttachment());
    }
}