【设计模式】从零开始，用原型模式简化你的Java对象创建过程！

概述

用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型对象相同的新对象。
结构

原型模式包含如下角色：

• 抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的的 clone() 方法。
  
• 具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。
  
• 访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。
  

接口类图如下：

实现

原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆。
浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址。
Java中的Object类中提供了 clone() 方法来实现浅克隆。 Cloneable 接口是上面的类图中的抽象原型类，而实现了Cloneable接口的子实现类就是具体的原型类。代码如下：
Realizetype（具体的原型类）：

1. public class Realizetype implements Cloneable {
3.     public Realizetype() {
4.         System.out.println("具体的原型对象创建完成！");
5.     }
7.     @Override
8.     protected Realizetype clone() throws CloneNotSupportedException {
9.         System.out.println("具体原型复制成功！");
10.         return (Realizetype) super.clone();
11.     }
12. }

复制代码

PrototypeTest（测试访问类）：

1. public class PrototypeTest {
2.     public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
3.         Realizetype r1 = new Realizetype();
4.         Realizetype r2 = r1.clone();
6.         System.out.println("对象r1和r2是同一个对象？" + (r1 == r2));
7.     }
8. }

复制代码

案例

用原型模式生成“三好学生”奖状
同一学校的“三好学生”奖状除了获奖人姓名不同，其他都相同，可以使用原型模式复制多个“三好学生”奖状出来，然后在修改奖状上的名字即可。
类图如下：

代码如下：

1. //奖状类
2. public class Citation implements Cloneable {
3.     private String name;
5.     public void setName(String name) {
6.         this.name = name;
7.     }
9.     public String getName() {
10.         return (this.name);
11.     }
13.     public void show() {
14.         System.out.println(name + "同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！");
15.     }
17.     @Override
18.     public Citation clone() throws CloneNotSupportedException {
19.         return (Citation) super.clone();
20.     }
21. }
23. //测试访问类
24. public class CitationTest {
25.     public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
26.         Citation c1 = new Citation();
27.         c1.setName("张三");
29.         //复制奖状
30.         Citation c2 = c1.clone();
31.         //将奖状的名字修改李四
32.         c2.setName("李四");
34.         c1.show();
35.         c2.show();
36.     }
37. }

复制代码

使用场景

• 对象的创建非常复杂，可以使用原型模式快捷的创建对象。
  
• 性能和安全要求比较高。
  

扩展（深克隆）

将上面的“三好学生”奖状的案例中Citation类的name属性修改为Student类型的属性。代码如下：

1. //奖状类
2. public class Citation implements Cloneable {
3.     private Student stu;
5.     public Student getStu() {
6.         return stu;
7.     }
9.     public void setStu(Student stu) {
10.         this.stu = stu;
11.     }
13.     void show() {
14.         System.out.println(stu.getName() + "同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！");
15.     }
17.     @Override
18.     public Citation clone() throws CloneNotSupportedException {
19.         return (Citation) super.clone();
20.     }
21. }
23. //学生类
24. public class Student {
25.     private String name;
26.     private String address;
28.     public Student(String name, String address) {
29.         this.name = name;
30.         this.address = address;
31.     }
33.     public Student() {
34.     }
36.     public String getName() {
37.         return name;
38.     }
40.     public void setName(String name) {
41.         this.name = name;
42.     }
44.     public String getAddress() {
45.         return address;
46.     }
48.     public void setAddress(String address) {
49.         this.address = address;
50.     }
51. }
53. //测试类
54. public class CitationTest {
55.     public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
57.         Citation c1 = new Citation();
58.         Student stu = new Student("张三", "西安");
59.         c1.setStu(stu);
61.         //复制奖状
62.         Citation c2 = c1.clone();
63.         //获取c2奖状所属学生对象
64.         Student stu1 = c2.getStu();
65.         stu1.setName("李四");
67.         //判断stu对象和stu1对象是否是同一个对象
68.         System.out.println("stu和stu1是同一个对象？" + (stu == stu1));
70.         c1.show();
71.         c2.show();
72.     }
73. }

复制代码

运行结果为：

说明：stu对象和stu1对象是同一个对象，就会产生将stu1对象中name属性值改为“李四”，两个Citation（奖状）对象中显示的都是李四。这就是浅克隆的效果，对具体原型类（Citation）中的引用类型的属性进行引用的复制。这种情况需要使用深克隆，而进行深克隆需要使用对象流。代码如下：

1. public class CitationTest1 {
2.     public static void main(String[] args) throws Exception {
3.         Citation c1 = new Citation();
4.         Student stu = new Student("张三", "西安");
5.         c1.setStu(stu);
7.         //创建对象输出流对象
8.         ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\b.txt"));
9.         //将c1对象写出到文件中
10.         oos.writeObject(c1);
11.         oos.close();
13.         //创建对象出入流对象
14.         ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\b.txt"));
15.         //读取对象
16.         Citation c2 = (Citation) ois.readObject();
17.         //获取c2奖状所属学生对象
18.         Student stu1 = c2.getStu();
19.         stu1.setName("李四");
21.         //判断stu对象和stu1对象是否是同一个对象
22.         System.out.println("stu和stu1是同一个对象？" + (stu == stu1));
24.         c1.show();
25.         c2.show();
26.     }
27. }

复制代码

运行结果为：

注意：Citation类和Student类必须实现Serializable接口，否则会抛NotSerializableException异常。
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