设计模式系列（二）原型模式

在设计模式系列（一）单例模式 中详细介绍了单例设计模式，下面一起来看一下原型模式。

一、概述

原型模式是一种创建型设计模式,它通过复制一个已经存在的实例来返回新的实例,而不是新建实例.被复制的实例就是我们所称的原型,这个原型是可定制的。

原型模式多用于创建复杂的或者耗时的实例, 因为这种情况下,复制一个已经存在的实例可以使程序运行更高效,或者创建值相等,只是命名不一样的同类数据。

二、深拷贝和浅拷贝

原型模式中的拷贝分为"浅拷贝"和"深拷贝":

浅拷贝: 对值类型的成员变量进行值的复制,对引用类型的成员变量只复制引用,不复制引用的对象。

深拷贝: 对值类型的成员变量进行值的复制,对引用类型的成员变量也进行引用对象的复制。

三、Java的clone()方法

在Object类中有clone方法
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

必须实现Cloneable接口，否则调用clone会返回null

⑴clone方法将对象复制了一份并返回给调用者。一般而言，clone（）方法满足：

①对任何的对象x，都有x.clone() !=x//克隆对象与原对象不是同一个对象

②对任何的对象x，都有x.clone().getClass()= =x.getClass()//克隆对象与原对象的类型一样

③如果对象x的equals()方法定义恰当，那么x.clone().equals(x)应该成立。

⑵Java中对象的克隆

①为了获取对象的一份拷贝，我们可以利用Object类的clone()方法。

②在派生类中覆盖基类的clone()方法，并声明为public。

③在派生类的clone()方法中，调用super.clone()。

④在派生类中实现Cloneable接口。

四、浅复制详解

预先定义好使用的类

package com.designpattern.bean;

/**
* 机器人实例
*
* @author chao
*
*/
public class Robot {
public String name;// 名字
public int age;// 寿命
public Battery battery;// 电池

@Override
public String toString() {
return "     Robot hashCode:" + hashCode() + " name:" + name + " age:" + age
+ (battery == null ? "" : battery.toString());
}

/**
* 电池实例
*
* @author chao
*
*/
public static class Battery {
public String name;// 电池名称
public int level;// 电池电量 0-100

@Override
public String toString() {
return "      Battery hashCode:" + hashCode() + " name:" + name + " level:" + level;
}
}

}

实现浅复制

package com.designpattern.prototype;

import com.designpattern.bean.Robot;

/**
* 浅克隆
*
* @author chao
*
*/
public class ShallowClone implements Cloneable {
public Robot robot;
public String name;
public int number;

@Override
public Object clone() {
try {
return super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
return null;
}

@Override
public String toString() {
return "     ShallowClone hashCode:" + hashCode() + " name:" + name + " number:" + number
+ (robot == null ? "" : robot.toString());
}
}

测试

package com.designpattern.prototype;

import com.designpattern.bean.Robot;
import com.designpattern.bean.Robot.Battery;

public class CloneTest {

public static void main(String[] args) {
testShallowClone();

}

private static void testShallowClone() {
ShallowClone shallowClone = new ShallowClone();
shallowClone.name = "1";
shallowClone.number = 1;
shallowClone.robot = new Robot();
shallowClone.robot.name = "1";
shallowClone.robot.battery = new Battery();
shallowClone.robot.battery.name = "1";
System.out.println(shallowClone.toString());
ShallowClone shallowClone2 = (ShallowClone) shallowClone.clone();
System.out.println(shallowClone2.toString());
shallowClone.name = "2";
shallowClone.number = 2;
shallowClone.robot.name = "2";
shallowClone.robot.battery.name = "2";
System.out.println(shallowClone.toString());
System.out.println(shallowClone2.toString());

}
}

结果

ShallowClone hashCode:1704856573 name:1 number:1     Robot hashCode:705927765 name:1 age:0      Battery hashCode:366712642 name:1 level:0
ShallowClone hashCode:1829164700 name:1 number:1     Robot hashCode:705927765 name:1 age:0      Battery hashCode:366712642 name:1 level:0
ShallowClone hashCode:1704856573 name:2 number:2     Robot hashCode:705927765 name:2 age:0      Battery hashCode:366712642 name:2 level:0
ShallowClone hashCode:1829164700 name:1 number:1     Robot hashCode:705927765 name:2 age:0      Battery hashCode:366712642 name:2 level:0

结果分析：
我们对ShallowClone 的对象shallowClone浅复制出对象shallowClone1，这两个对象输出，属性值完全相同，但是这两个对象分配了不同的内存空间。这两个对象的String类型，int类型属性都不相关，改变其中一个对象的值类型成员变量的具体值，另一个对象不会受影响。而这两个对象的Robert属性，分配的是同一个内存空间，一个改变，另一个肯定也会改变。

五、深复制详解

一种简单实现就是在clone方法中，对值类型的成员变量再次clone，但是值类型的成员变量必须实现Cloneable接口，覆盖Object的clone方法。这样对其它实体改动太大。
更好的方法是利用序列化和反序列化来实现深复制。
先将对象写到流里，然后再从流里读出对象。
将对象写到对象流里的前提是对象实现Serializable接口，写在流里的是对象的一个拷贝，而原对象仍然存在于JVM里面。
具体实现：

package com.designpattern.prototype;

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

import com.designpattern.bean.Robot;

/**
* 深复制
*
* @author chao
*
*/
public class DeepClone implements Serializable {
public Robot robot;
public String name;
public int number;

public Object deepclone() {
// 将对象写到流里
ByteArrayOutputStream bo = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oo;
try {
oo = new ObjectOutputStream(bo);
oo.writeObject(this);
// 从流里读出来
ByteArrayInputStream bi = new ByteArrayInputStream(bo.toByteArray());
ObjectInputStream oi = new ObjectInputStream(bi);
return (oi.readObject());
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
return null;
}

@Override
public String toString() {
return "     ShallowClone hashCode:" + hashCode() + " name:" + name + " number:" + number
+ (robot == null ? "" : robot.toString());
}
}

测试

package com.designpattern.prototype;

import com.designpattern.bean.Robot;
import com.designpattern.bean.Robot.Battery;

public class CloneTest {

public static void main(String[] args) {

testDeepClone();
}

private static void testDeepClone() {
DeepClone deepClone = new DeepClone();
deepClone.name = "1";
deepClone.number = 1;
deepClone.robot = new Robot();
deepClone.robot.name = "1";
deepClone.robot.battery = new Battery();
deepClone.robot.battery.name = "1";
System.out.println(deepClone.toString());
DeepClone deepclone2 = (DeepClone) deepClone.deepclone();
System.out.println(deepclone2.toString());
deepClone.name = "2";
deepClone.number = 2;
deepClone.robot.name = "2";
deepClone.robot.battery.name = "2";
System.out.println(deepClone.toString());
System.out.println(deepclone2.toString());

}

}
}

输出：

ShallowClone hashCode:1704856573 name:1 number:1     Robot hashCode:705927765 name:1 age:0      Battery hashCode:366712642 name:1 level:0
ShallowClone hashCode:1735600054 name:1 number:1     Robot hashCode:21685669 name:1 age:0      Battery hashCode:2133927002 name:1 level:0
ShallowClone hashCode:1704856573 name:2 number:2     Robot hashCode:705927765 name:2 age:0      Battery hashCode:366712642 name:2 level:0
ShallowClone hashCode:1735600054 name:1 number:1     Robot hashCode:21685669 name:1 age:0      Battery hashCode:2133927002 name:1 level:0

可以看到，深度复制的两个对象互不影响，所有属性都单独的分配了内存空间。没有相同的引用

六、JDK和ANDROIDSDK中的使用

JDK中体现：Object.clone；Cloneable

AndroidSDK中体现 Intent Parcelable

public class Intent implements android.os.Parcelable, Cloneable {
@Override
public Object clone() {
return new Intent(this);
}
/**
* Copy constructor.
*/
public Intent(Intent o) {
this.mAction = o.mAction;
this.mData = o.mData;
this.mType = o.mType;
this.mPackage = o.mPackage;
this.mComponent = o.mComponent;
this.mFlags = o.mFlags;
this.mContentUserHint = o.mContentUserHint;
if (o.mCategories != null) {
this.mCategories = new ArraySet<String>(o.mCategories);
}
if (o.mExtras != null) {
this.mExtras = new Bundle(o.mExtras);
}
if (o.mSourceBounds != null) {
this.mSourceBounds = new Rect(o.mSourceBounds);
}
if (o.mSelector != null) {
this.mSelector = new Intent(o.mSelector);
}
if (o.mClipData != null) {
this.mClipData = new ClipData(o.mClipData);
}
}

..........
}

搞懂原型模式，就很容易理解Intent传数据的时候什么情况下传的是引用，修改值会对原值造成影响。

相关代码github地址：https://github.com/robertjc/simpledesignpattern

不断完善中，有问题请多指教

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