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):

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public class Realizetype implements Cloneable {

public Realizetype() {
System.out.println("具体的原型对象创建完成!");
}

@Override
protected Realizetype clone() throws CloneNotSupportedException {
System.out.println("具体原型复制成功!");
return (Realizetype) super.clone();
}
}

PrototypeTest(测试访问类):

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public class PrototypeTest {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Realizetype r1 = new Realizetype();
Realizetype r2 = r1.clone();

System.out.println("对象r1和r2是同一个对象?" + (r1 == r2));
}
}

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:

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//奖状类
public class Citation implements Cloneable {
private String name;

public void setName(String name) {
this.name = name;
}

public String getName() {
return (this.name);
}

public void show() {
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!");
}

@Override
public Citation clone() throws CloneNotSupportedException {
return (Citation) super.clone();
}
}

//测试访问类
public class CitationTest {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Citation c1 = new Citation();
c1.setName("张三");

//复制奖状
Citation c2 = c1.clone();
//将奖状的名字修改李四
c2.setName("李四");

c1.show();
c2.show();
}
}

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:

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//奖状类
public class Citation implements Cloneable {
private Student stu;

public Student getStu() {
return stu;
}

public void setStu(Student stu) {
this.stu = stu;
}

void show() {
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!");
}

@Override
public Citation clone() throws CloneNotSupportedException {
return (Citation) super.clone();
}
}

//学生类
public class Student {
private String name;
private String address;

public Student(String name, String address) {
this.name = name;
this.address = address;
}

public Student() {
}

public String getName() {
return name;
}

public void setName(String name) {
this.name = name;
}

public String getAddress() {
return address;
}

public void setAddress(String address) {
this.address = address;
}
}

//测试类
public class CitationTest {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

Citation c1 = new Citation();
Student stu = new Student("张三", "西安");
c1.setStu(stu);

//复制奖状
Citation c2 = c1.clone();
//获取c2奖状所属学生对象
Student stu1 = c2.getStu();
stu1.setName("李四");

//判断stu对象和stu1对象是否是同一个对象
System.out.println("stu和stu1是同一个对象?" + (stu == stu1));

c1.show();
c2.show();
}
}

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:

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public class CitationTest1 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Citation c1 = new Citation();
Student stu = new Student("张三", "西安");
c1.setStu(stu);

//创建对象输出流对象
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\b.txt"));
//将c1对象写出到文件中
oos.writeObject(c1);
oos.close();

//创建对象出入流对象
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\b.txt"));
//读取对象
Citation c2 = (Citation) ois.readObject();
//获取c2奖状所属学生对象
Student stu1 = c2.getStu();
stu1.setName("李四");

//判断stu对象和stu1对象是否是同一个对象
System.out.println("stu和stu1是同一个对象?" + (stu == stu1));

c1.show();
c2.show();
}
}

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。