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Java设计模式 —— 【创建型模式】原型模式(浅拷贝、深拷贝)详解

文章目录

  • 前言
  • 原型模式
  • 一、浅拷贝
      • 1、案例
      • 2、引用数据类型
  • 二、深拷贝
      • 1、重写clone()方法
      • 2、序列化
  • 总结


前言

先看一下传统的对象克隆方式:

原型类:

public class Student {private String name;public Student(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}@Overridepublic String toString() {return "Student{'name' = " + name + "}, " + "hashCode = " + this.hashCode();}
}

克隆:

@Test
public void test(){//原型对象Student student = new Student("张三");//克隆对象Student student1 = new Student(student.getName());Student student2 = new Student(student.getName());Student student3 = new Student(student.getName());System.out.println("原型对象: " + student);System.out.println("克隆对象1: " + student1);System.out.println("克隆对象2: " + student2);System.out.println("克隆对象3: " + student3);
}

在这里插入图片描述

  1. 优点是比较好理解,简单易操作;
  2. 在创建新的对象时,总是需要重新获取原始对象的属性,如果创建的对象比较复杂时,效率较低;
  3. 总是需要重新初始化对象,而不是动态地获得对象运行时的状态, 不够灵活。

原型模式

  1. 原型模式(Prototype模式)是指:用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这些原型,创建新的对象;
  2. 原型模式是一种创建型设计模式,允许一个对象再创建另外一个可定制的对象,无需知道如何创建的细节;
  3. 工作原理是: 通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象,这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝它们自己来实施创建,即 对象.clone()

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。

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。

在这里插入图片描述
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。

一、浅拷贝

1、案例

对于上文中的克隆方法加以改进:

原型类:

public class Student implements Cloneable {private String name;public Student(String name) {System.out.println("原型对象创建成功!!!");this.name = name;}public void setName(String name) {this.name = name;}@Overridepublic String toString() {return "Student{'name' = " + name + "}, " + "hashCode = " + this.hashCode();}//实现对象克隆@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {System.out.println("克隆成功!!!");return super.clone();}
}

测试:

@Test
public void test1() throws CloneNotSupportedException {Student newStudent = new Student("张三");Student cloneStudent = (Student) newStudent.clone();System.out.println("原型对象: " + newStudent);System.out.println("克隆对象: " + cloneStudent);
}

在这里插入图片描述

2、引用数据类型

  • 上述案例中我们可以看出克隆是克隆成功了,并且没有走构造方法,所克隆出的对象地址和原对象地址不一样,是新的对象;

  • 对于数据类型是基本数据类型的成员变量,浅拷贝会直接进行值传递,也就是将该属性值复制一份给新的对象;

  • 但是引用数据类型的成员变量,比如说成员变量是某个数组、某个类的对象等,并没有new 一个新的对象,而是进行引用传递指向原有的引用;

  • 在这种情况下,在一个对象中修改该成员变量会影响到另一个对象的该成员变量值。

我们添加原型类的成员变量:

School:

public class School {private String name;public School(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}
}

Student:

public class Student implements Cloneable {private String name;private School school;public Student(String name, School school) {this.name = name;this.school = school;}public void setName(String name) {this.name = name;}public School getSchool() {return school;}@Overridepublic String toString() {return "Student{'name' = " + name + ", 'school' = " + school.getName() + "}, " +"Student.hashCode = " + this.hashCode() + ", " +"name.hashCode" + name.hashCode() + ", " +"School.hashCode = " + school.hashCode();}//实现对象克隆@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}
}

测试:

@Test
public void test2() throws CloneNotSupportedException {Student newStudent = new Student("张三", new School("清华"));Student cloneStudent = (Student) newStudent.clone();System.out.println("原型对象:" + newStudent);System.out.println("克隆对象:" + cloneStudent);System.out.println("=====================修改克隆对象信息========================");cloneStudent.setName("李四");cloneStudent.getSchool().setName("北大");System.out.println("修改后的原型对象:" + newStudent);System.out.println("修改后的克隆对象:" + cloneStudent);
}

在这里插入图片描述
上述案例可以看出:

  • 克隆确实产生新的对象,但是引用数据类型只是进行了引用传递;
  • 以至于我们修改了cloneStudent的学校,newStudent也随之修改了;
  • 那为什么String也是引用数据类型,cloneStudent的那么由“张三”改为“李四”,而newStudent没有呢,那是因为String不可变,传入新的,当然指向新的地址了。

二、深拷贝

  1. 复制对象的所有基本数据类型的成员变量值

  2. 为所有引用数据类型的成员变量申请存储空间,并复制每个引用数据类型成员量所引用的对象,直到该对象可达的所有对象。也就是说,对象进行深拷贝要对整个对象进行拷贝

  3. 深拷贝实现方式有两种
    - 重写clone方法来实现深拷贝

    - 通过对象序列化实现深拷贝(推荐)

1、重写clone()方法

  • 重写clone方法主要是在原有的克隆的基础上,将引用数据类型再进行嵌套克隆;

  • 每个被引用的类也要实现Cloneable接口,重写clone()方法;

  • 这对全新的类来说不是很难,但对已有的类进行改造时,需要修改其源代码,违背开闭原则。

School:

public class School implements Cloneable{private String name;public School(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}
}

Student:

public class Student implements Cloneable {private String name;private School school;public Student(String name, School school) {this.name = name;this.school = school;}public void setName(String name) {this.name = name;}public School getSchool() {return school;}@Overridepublic String toString() {return "Student{'name' = " + name + ", 'school' = " + school.getName() + "}, " +"Student.hashCode = " + this.hashCode() + ", " +"name.hashCode" + name.hashCode() + ", " +"School.hashCode = " + school.hashCode();}//实现对象克隆@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {//克隆基本数据类型以及StringStudent student = (Student) super.clone();//引用数据类型再进行克隆student.school = (School) student.getSchool().clone();return student;}
}

测试:

@Test
public void test3() throws CloneNotSupportedException {Student newStudent = new Student("张三", new School("清华"));Student cloneStudent = (Student) newStudent.clone();System.out.println("原型对象:" + newStudent);System.out.println("克隆对象:" + cloneStudent);System.out.println("=====================修改克隆对象信息========================");cloneStudent.setName("李四");cloneStudent.getSchool().setName("北大");System.out.println("修改后的原型对象:" + newStudent);System.out.println("修改后的克隆对象:" + cloneStudent);
}

在这里插入图片描述

2、序列化

涉及到的所有类必须实现Serializable接口,否则会抛NotSerializableException异常。

School:

public class School implements Serializable{private String name;public School(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}
}

Student:

public class Student implements Serializable {private String name;private School school;public Student(String name, School school) {this.name = name;this.school = school;}public void setName(String name) {this.name = name;}public School getSchool() {return school;}@Overridepublic String toString() {return "Student{'name' = " + name + ", 'school' = " + school.getName() + "}, " +"Student.hashCode = " + this.hashCode() + ", " +"name.hashCode" + name.hashCode() + ", " +"School.hashCode = " + school.hashCode();}public Student deepClone() {ByteArrayOutputStream bos = null;ObjectOutputStream oos = null;ByteArrayInputStream bis = null;ObjectInputStream ois = null;try {//序列化bos = new ByteArrayOutputStream();oos = new ObjectOutputStream(bos);oos.writeObject(this);//反序列化bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());ois = new ObjectInputStream(bis);return (Student) ois.readObject();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();return null;} finally {try {if (bos != null) bos.close();if (oos != null) oos.close();if (bis != null) bis.close();if (ois != null) ois.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}
}

测试:

@Test
public void test4() throws CloneNotSupportedException {Student newStudent = new Student("张三", new School("清华"));Student cloneStudent = newStudent.deepClone();System.out.println("原型对象:" + newStudent);System.out.println("克隆对象:" + cloneStudent);System.out.println("=====================修改克隆对象信息========================");cloneStudent.setName("李四");cloneStudent.getSchool().setName("北大");System.out.println("修改后的原型对象:" + newStudent);System.out.println("修改后的克隆对象:" + cloneStudent);
}

在这里插入图片描述


总结

原型模式的注意事项和细节:

  1. 创建新的对象比较复杂时,可以利用原型模式简化对象的创建过程,同时也能够提高效率;
  2. 不用重新初始化对象,而是动态地获得对象运行时的状态;
  3. 如果原始对象发生变化(增加或者减少属性),其它克隆对象的也会发生相应的变化,无需修改代码;
  4. 需要注意浅拷贝的成员变量数据类型是引用数据类型(对象)的时候;
  5. 在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码建议使用序列化方式;

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