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(四)趣学设计模式 之 原型模式!

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目录

    • 一、 啥是原型模式?
    • 二、 为什么要用原型模式?
    • 三、 原型模式怎么实现?
    • 四、 原型模式的应用场景
    • 五、 原型模式的优点和缺点
    • 六、 总结

🌟我的其他文章也讲解的比较有趣😁,如果喜欢博主的讲解方式,可以多多支持一下,感谢🤗!
🌟了解抽象工厂模式请看: (三)趣学设计模式 之 抽象工厂模式!

这篇文章带你详细认识一下设计模式中的原型模式

一、 啥是原型模式?

原型模式,说白了,就是“山寨”! 🤣 你有一个宝贝,不想自己辛辛苦苦再做一个,就找个复印机(克隆方法),咔嚓一下,复制一个一模一样的出来!

  • 对象的创建成本很高: 就像造火箭 🚀,太费劲了,不如复制一个!
  • 需要创建大量相似对象: 就像克隆羊 🐑,要一大堆一样的羊,一个个生太慢了!
  • 希望隐藏对象的创建细节: 就像做菜 🍳,你只想吃,不想知道怎么做的!

二、 为什么要用原型模式?

用原型模式,好处多多:

  • 省钱省力: 不用重复造轮子 🚗,直接复制,省时省力!
  • 灵活多变: 想复制啥就复制啥,不用提前定好,很灵活!
  • 简单易懂: 不用管对象怎么创建的,直接复制就行,代码更简单!
  • 避免麻烦: 不用创建一堆乱七八糟的子类,省心!

三、 原型模式怎么实现?

原型模式主要有两种“山寨”方法:

  • 浅拷贝(Shallow Copy)
  • 深拷贝(Deep Copy)

实现原型模式的关键点

  • Cloneable 接口: 就像一个“允许复制”的标签 🏷️,贴上这个标签,才能被复印!
  • Object 类的 clone() 方法: 就像复印机的基本功能,只能复印表面信息(浅拷贝)!
  • 重写 clone() 方法: 就像升级复印机,让它可以复印所有信息(深拷贝)!

1.浅拷贝(Shallow Copy):只复制表面! 🤏

浅拷贝就像复印身份证 🪪,你复印了一张身份证,上面的名字、地址都一样,但是里面的芯片还是原来的那个。如果原来的身份证信息变了,复印件也会跟着变!

// 1. 定义原型接口 (Cloneable 是 Java 内置的接口)
interface Prototype extends Cloneable {Prototype clone(); // 克隆方法
}// 2. 定义具体原型类
class Sheep implements Prototype {private String name;private int age;private Address address; // 引用类型属性public Sheep(String name, int age, Address address) {this.name = name;this.age = age;this.address = address;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}public Address getAddress() {return address;}public void setAddress(String city) {this.address.setCity(city);}@Overridepublic Sheep clone() {try {// 浅拷贝:直接调用 Object 类的 clone() 方法return (Sheep) super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {System.out.println("克隆失败! 😭");return null;}}@Overridepublic String toString() {return "Sheep{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +", address=" + address +'}';}
}// 地址类 (引用类型)
class Address {private String city;public Address(String city) {this.city = city;}public String getCity() {return city;}public void setCity(String city) {this.city = city;}@Overridepublic String toString() {return "Address{" +"city='" + city + '\'' +'}';}
}// 3. 客户端使用
public class Client {public static void main(String[] args) {// 创建原型对象Address address = new Address("北京");Sheep originalSheep = new Sheep("多莉", 3, address);// 克隆原型对象Sheep clonedSheep = originalSheep.clone();// 打印原始对象和克隆对象System.out.println("原始羊: " + originalSheep);System.out.println("克隆羊: " + clonedSheep);// 修改原始对象的引用类型属性originalSheep.setAddress("上海");// 再次打印原始对象和克隆对象System.out.println("修改后的原始羊: " + originalSheep);System.out.println("修改后的克隆羊: " + clonedSheep);}
}

代码解释:

  • Prototype:原型接口,定义了克隆方法。
  • Sheep:具体原型类,实现了 Prototype 接口,表示羊。
  • clone():克隆方法,用于创建对象的副本。
  • Address:地址类,作为 Sheep 类的引用类型属性。

输出结果:

原始羊: Sheep{name='多莉', age=3, address=Address{city='北京'}}
克隆羊: Sheep{name='多莉', age=3, address=Address{city='北京'}}
修改后的原始羊: Sheep{name='多莉', age=3, address=Address{city='上海'}}
修改后的克隆羊: Sheep{name='多莉', age=3, address=Address{city='上海'}}

分析:

可以看到,修改原始羊的地址后,克隆羊的地址也跟着改变了!这是因为浅拷贝只复制了地址的“指针”,原始羊和克隆羊指向的是同一个地址,所以一个变了,另一个也跟着变!

2. 深拷贝(Deep Copy):彻底复制! 💯

深拷贝就像克隆一只完整的羊 🐑,你克隆了一只羊,它有自己的名字、年龄和地址,和原来的羊完全没有关系。即使原来的羊死了,克隆羊还是活蹦乱跳的!

import java.io.*;class Sheep implements Prototype, Serializable { // 注意实现 Serializable 接口private String name;private int age;private Address address;public Sheep(String name, int age, Address address) {this.name = name;this.age = age;this.address = address;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}public Address getAddress() {return address;}public void setAddress(Address address) {this.address = address;}@Overridepublic Sheep clone() {try {// 使用序列化和反序列化实现深拷贝ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);oos.writeObject(this);ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);return (Sheep) ois.readObject();} catch (Exception e) {System.out.println("克隆失败! 😭");return null;}}@Overridepublic String toString() {return "Sheep{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +", address=" + address +'}';}
}class Address implements Serializable { // 注意实现 Serializable 接口private String city;public Address(String city) {this.city = city;}public String getCity() {return city;}public void setCity(String city) {this.city = city;}@Overridepublic String toString() {return "Address{" +"city='" + city + '\'' +'}';}
}public class Client {public static void main(String[] args) {// 创建原型对象Address address = new Address("北京");Sheep originalSheep = new Sheep("多莉", 3, address);// 克隆原型对象Sheep clonedSheep = originalSheep.clone();// 打印原始对象和克隆对象System.out.println("原始羊: " + originalSheep);System.out.println("克隆羊: " + clonedSheep);// 修改原始对象的引用类型属性address.setCity("上海");// 再次打印原始对象和克隆对象System.out.println("修改后的原始羊: " + originalSheep);System.out.println("修改后的克隆羊: " + clonedSheep);}
}

注意: 使用序列化和反序列化实现深拷贝,需要确保对象及其所有属性都实现了 Serializable 接口。

输出结果:

原始羊: Sheep{name='多莉', age=3, address=Address{city='北京'}}
克隆羊: Sheep{name='多莉', age=3, address=Address{city='北京'}}
修改后的原始羊: Sheep{name='多莉', age=3, address=Address{city='上海'}}
修改后的克隆羊: Sheep{name='多莉', age=3, address=Address{city='北京'}}

分析:

可以看到,修改原始羊的地址后,克隆羊的地址没有改变!这是因为深拷贝复制了地址的所有信息,原始羊和克隆羊拥有不同的地址,所以一个变了,另一个不会受到影响!

四、 原型模式的应用场景

  • 游戏开发: 游戏里的怪物 👾,不用一个个设计,复制几个改改属性就行!
  • 文档编辑器: 文档的模板 📄,复制一份改改,就能生成新的文档!
  • 图形编辑器: 图形对象 🖼️,复制一份改改颜色、大小,就能得到新的图形!
  • 配置管理: 软件的配置 ⚙️,复制一份改改,就能适应不同的环境!
  • 报表生成: 报表的模板 📊,复制一份改改数据,就能生成不同的报表!

五、 原型模式的优点和缺点

优点:

  • 省钱省力: 不用重新创建对象,直接复制,就像复制粘贴一样简单,大大提高了效率!
  • 隐藏秘密: 客户端不用知道对象是怎么创建的,只需要知道怎么复制就行,保护了对象的内部结构!
  • 灵活应变: 可以在运行时动态地复制对象,想复制啥就复制啥,非常灵活!
  • 减少麻烦: 不用创建一堆子类,避免了代码的膨胀,让代码更简洁!

缺点:

  • 复制很麻烦: 特别是深拷贝,要复制对象的所有信息,就像搬家一样,很麻烦!
  • 破坏隐私: 为了复制对象,可能需要访问对象的私有属性,就像偷看别人的日记一样,破坏了对象的封装性!
  • 需要贴标签: 在 Java 中,需要实现 Cloneable 接口才能被复制,就像需要贴上“允许复制”的标签,有点麻烦!
  • 可能出错: 有时候复制操作可能不会执行构造函数,就像克隆羊没有灵魂一样,可能会导致对象的状态不正确!

六、 总结

  • 原型模式就是“山寨”大法,通过复制现有对象来创建新对象!
  • 适用于需要大量相似对象、对象创建成本高、需要隐藏对象创建细节的场景!
  • 有两种“山寨”方法:浅拷贝和深拷贝!
  • 浅拷贝只复制表面信息,深拷贝复制所有信息!
  • 要根据实际情况选择合适的“山寨”方法!
  • 使用原型模式需要注意一些问题,比如破坏封装性、可能出错等等!

希望这篇文章能让你彻底理解原型模式! 👍
看完请看:(五)趣学设计模式 之 建造者模式!

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