【从0开始学设计模式-6| 原型模式】

一个月没更新了在找实习。。其实还是懒了其实每天花个半小时左右就能写一篇博客的。。。概念原型模式(Prototype Pattern)设计出来的目标就是通过本体复制出与本体一样的分身分身具有本体一样特性定义使用原型实例指定要创建的对象的种类并通过复制此原型来创建新对象。首先应该注意原型模式不是用来获得性能优势的。它仅用于从原型实例创建新对象。原型模式的结构在原型模式结构图中包含如下几个角色Prototype抽象原型类声明克隆方法的接口是所有具体原型类的公共父类可以是抽象类也可以是接口甚至还可以是具体实现类。ConcretePrototype具体原型类它实现在抽象原型类中声明的克隆方法在克隆方法中返回自己的一个克隆对象。Client客户类让一个原型对象克隆自身从而创建一个新的对象在客户类中只需要直接实例化或通过工厂方法等方式创建一个原型对象再通过调用该对象的克隆方法即可得到多个相同的对象。由于客户类针对抽象原型类Prototype编程因此用户可以根据需要选择具体原型类系统具有较好的可扩展性增加或更换具体原型类都很方便。原型式的实现关键就是浅克隆浅复制和深克隆深复制之间的区别类图设计Level是一个关卡我们的目的就是克隆一个关卡实现1浅拷贝Java的浅拷贝使用的是Object类自带的clone()方法注意使用这个方法类必须加上implements Cloneable,这相当于一个标记否则无法使用Object.clone()方法。调用时会直接抛出CloneNotSupportedException。关卡类以及关卡中的相关类DatapublicclassLevelimplementsCloneable{privateStringname;privateStringdescription;privateMonster[]monsters;//怪兽数组privateRewardsrewards;OverridepublicLevelclone(){//重写的Object的clone方法try{//实现浅克隆return(Level)super.clone();}catch(CloneNotSupportedExceptione){System.err.println(对象不支持克隆);returnnull;}}}DataAllArgsConstructorpublicclassMonster{//怪兽的相关属性privateStringname;privateinthp;privateintattack;}DataAllArgsConstructorpublicclassRewards{//奖励privateintgold;}客户端publicclassClient{publicstaticvoidmain(String[]args){//创建原型对象LevelprotonewLevel();proto.setName(猴王出世);proto.setDescription(让猴王成功出世可以通关本关卡);Monster[]monsters{newMonster(小猴子,100,1),newMonster(大狮子,200,100),};proto.setMonsters(monsters);proto.setRewards(newRewards(50));//克隆Levelcloneproto.clone();//比较克隆结果System.out.println(cloneproto);//falseSystem.out.println(clone.getRewards()proto.getRewards());//trueSystem.out.println(clone.getMonsters()[0]proto.getMonsters()[0]);//trueclone.getRewards().setGold(60);System.out.println(原来的对象 proto.getRewards().getGold());//60System.out.println(克隆的对象 clone.getRewards().getGold());//60}}解释浅拷贝的特点对于基本数据类型以及String拷贝的是值。String是不可变的引用对象所以也是拷贝的值。而对于引用数据类型只拷贝了“内存地址”。也就是说克隆的对象跟原来的对象共用一套引用对象例如案例中的monsters数组和rewards对象。当克隆对象修改了引用对象的值原对象的引用对象的值也会跟着变。上面案例中的客户端有测试这个效果。注意拷贝出来的对象本身是新创建的。super.clone()会在堆内存中申请一块全新的空间。只不过里面的引用类型的成员变量monsters数组和rewards对象不是新的。造成这种现象的原因如下Object类的clone()方法默认是浅拷贝除了基本数据类型跟String类型的变量各自修改之后是独有的。对于其他引用类型的变量都是共享的因为克隆的只是引用。也要注意String虽然是引用对象但是修改之后也是独有的是因为String被设计成了不可变如何实现深拷贝呢见下文。实现2深拷贝序列化、反序列化这是一种实现深拷贝的方式利用序列化、反序列化注意这种写法要求Level以及里面的引用对象所属的类必须必须implements Serializable这样才能成功进行序列化、反序列化关卡类以及关卡中的相关类DatapublicclassLevelimplementsSerializable{privateStringname;privateStringdescription;privateMonster[]monsters;privateRewardsrewards;publicLeveldeepClone(){try{//将对象写入到输出流中ByteArrayOutputStreamosnewByteArrayOutputStream();ObjectOutputStreamoosnewObjectOutputStream(os);//序列化递归地遍历Level对象把它包含的String、Monster[]数组、Rewards对象全部转换成一串连续的二进制字节流oos.writeObject(this);//将对象从输入流中取出ByteArrayInputStreamisnewByteArrayInputStream(os.toByteArray());ObjectInputStreamoisnewObjectInputStream(is);//反序列化读取这串二进制流并在内存中重新构建出一套一模一样的对象Levelclone(Level)ois.readObject();//关闭流os.close();oos.close();is.close();ois.close();returnclone;}catch(Exceptione){System.err.println(克隆失败);returnnull;}}}DataAllArgsConstructorNoArgsConstructorpublicclassMonsterimplementsSerializable{privateStringname;privateinthp;privateintattack;}DataAllArgsConstructorNoArgsConstructorpublicclassRewardsimplementsSerializable{privateintgold;}客户端publicclassClient{publicstaticvoidmain(String[]args){//创建原型对象LevelprotonewLevel();proto.setName(猴王出世);proto.setDescription(让猴王成功出世可以通关本关卡);Monster[]monsters{newMonster(小猴子,100,1),newMonster(大狮子,200,100),};proto.setMonsters(monsters);proto.setRewards(newRewards(50));//克隆Levelcloneproto.deepClone();//比较克隆结果System.out.println(cloneproto);//falseSystem.out.println(clone.getRewards()proto.getRewards());//falseSystem.out.println(clone.getMonsters()[0]proto.getMonsters()[0]);//false}}解释重点代码其实关键就是使用了序列化跟反序列化//将对象写入到输出流中ByteArrayOutputStreamosnewByteArrayOutputStream();ObjectOutputStreamoosnewObjectOutputStream(os);oos.writeObject(this);//将对象从输入流中取出ByteArrayInputStreamisnewByteArrayInputStream(os.toByteArray());ObjectInputStreamoisnewObjectInputStream(is);Levelclone(Level)ois.readObject();具体流程是这样的new ByteArrayOutputStream();内存中开辟一块空地专门用来存放二进制数据(字节)ObjectOutputStream是一个转换器用来将Java对象-二进制的0、1序列化new ObjectOutputStream(os);是将转换器连接到内存中开辟的空地而不是真正的在写。writeObject(this)是真正将对象写到输出流的操作通过oos将对象转换成二进制数据然后放到开辟的空地os.toByteArray()将空地的数据变成真正的字节数组new ByteArrayInputStream(os.toByteArray());建立了一个读取通道ObjectInputStream也是一个转换器将二进制的0、1 - Java对象反序列化new ObjectInputStream(is);将转换器连接到通道(Level) ois.readObject();是真正的读取操作在堆内存开辟新空间创建新对象读取通道里面的数据再通过转换器还原数据最后放到新对象中通过这种方式构建出来的Monster[]数组和Rewards对象虽然内容和原来一样但在内存里拥有了全新的地址。其他实现方式这两种实现方式是我在背小林coding的八股的时候发现的实现 Cloneable 接口并重写 clone() 方法要求对象及其所有引用类型字段都实现Cloneable 接口并且重写clone() 方法。通过递归克隆引用类型字段来实现深拷贝。classMyClassimplementsCloneable{privateStringfield1;privateNestedClassnestedObject;OverrideprotectedObjectclone()throwsCloneNotSupportedException{// 首先调用 super.clone() 得到一个浅拷贝的对象MyClasscloned(MyClass)super.clone();// 对内部的引用对象进行深拷贝cloned.nestedObject(NestedClass)nestedObject.clone();// 深拷贝内部的引用对象returncloned;}}classNestedClassimplementsCloneable{privateintnestedField;OverrideprotectedObjectclone()throwsCloneNotSupportedException{returnsuper.clone();}}手动递归复制针对特定对象结构手动递归复制对象及其引用类型字段classMyClass{privateStringfield1;privateNestedClassnestedObject;publicMyClassdeepCopy(){MyClasscopynewMyClass();copy.setField1(this.field1);copy.setNestedObject(this.nestedObject.deepCopy());//手动对引用类型的字段进行拷贝returncopy;}}classNestedClass{privateintnestedField;publicNestedClassdeepCopy(){NestedClasscopynewNestedClass();copy.setNestedField(this.nestedField);returncopy;}}原型模式适用环境主要优点当创建新的对象实例较为复杂时使用原型模式可以简化对象的创建过程通过复制一个已有实例可以提高新实例的创建效率。扩展性较好由于在原型模式中提供了抽象原型类在客户端可以针对抽象原型类进行编程将具体原型实现类写在配置文件中增加或减少产品类对原有系统都没有任何影响。原型模式提供了简化的创建结构工厂方法模式常常需要有一个与产品类等级结构相同的工厂等级结构而原型模式就不需要这样原型模式中产品的复制是通过封装在原型类中的克隆方法实现的无须专门的工厂类来创建产品。可以使用深克隆的方式保存对象的状态使用原型模式将对象复制一份并将其状态保存起来以便在需要的时候使用如恢复到某一历史状态可辅助实现撤销操作。主要缺点需要为每一个类配备一个克隆方法而且该克隆方法位于一个类的内部当对已有的类进行改造时需要修改源代码违背了“开闭原则”。在实现深克隆时需要编写较为复杂的代码而且当对象之间存在多重的嵌套引用时为了实现深克隆每一层对象对应的类都必须支持深克隆实现起来可能会比较麻烦。适用环境在以下情况下可以考虑使用原型模式创建新对象成本较大如初始化需要占用较长的时间占用太多的CPU资源或网络资源新的对象可以通过原型模式对已有对象进行复制来获得如果是相似对象则可以对其成员变量稍作修改。如果系统要保存对象的状态而对象的状态变化很小或者对象本身占用内存较少时可以使用原型模式配合备忘录模式来实现。需要避免使用分层次的工厂类来创建分层次的对象并且类的实例对象只有一个或很少的几个组合状态通过复制原型对象得到新实例可能比使用构造函数创建一个新实例更加方便。说一下例子进一步理解原型模式的使用场景有时候一个对象的可重用性不在于它的类定义而在于它当前的状态。示例在游戏开发中你创建了一个“精英怪”。这个怪物的血量、护甲、装备和 AI 状态都是在游戏运行中动态计算出来的。痛点如果你想要再生成一个一模一样的精英怪通过new一个新对象再挨个属性赋值setHealth,setArmor…太繁琐且易错。原型方案直接enemy.clone()瞬间得到一个状态完全一致的副本。如果这篇文章对你有帮助欢迎点赞、评论、关注、收藏。你们的支持是我前进的动力