設計模式(六)----建立型模式之原型模式

1、概述

用一個已經建立的範例作為原型，通過複製該原型物件來建立一個和原型物件相同的新物件。

2、結構

原型模式包含如下角色：

抽象原型類：規定了具體原型物件必須實現的的 clone() 方法。
具體原型類：實現抽象原型類的 clone() 方法，它是可被複制的物件。
存取類：使用具體原型類中的 clone() 方法來複制新的物件。

介面類圖如下：

3、實現

原型模式的克隆分為淺克隆和深克隆。

淺克隆：建立一個新物件，新物件的屬性和原來物件完全相同，對於非基本型別屬性，仍指向原有屬性所指向的物件的記憶體地址，其物件地址發生了改變。

深克隆：建立一個新物件，屬性中參照的其他物件也會被克隆，不再指向原有物件地址，其物件地址也發生了改變。

Java中的Object類中提供了 clone() 方法來實現淺克隆。 Cloneable 介面是上面的類圖中的抽象原型類，而實現了Cloneable介面的子實現類就是具體的原型類。程式碼如下：

Realizetype（具體的原型類）：

public class Realizetype implements Cloneable {

    public Realizetype() {
        System.out.println("具體的原型物件建立完成！");
    }

    @Override
    protected Realizetype clone() throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("具體原型複製成功！");
        return (Realizetype) super.clone();
    }
}

PrototypeTest（測試存取類）：

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

        System.out.println("物件r1和r2是同一個物件？" + (r1 == r2));
    }
}

測試結果

4、案例

用原型模式生成「三好學生」獎狀

同一學校的「三好學生」獎狀除了獲獎人姓名不同，其他都相同，可以使用原型模式複製多個「三好學生」獎狀出來，然後在修改獎狀上的名字即可。

類圖如下：

程式碼如下：

//獎狀類
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 + "同學：在2020學年第一學期中表現優秀，被評為三好學生。特發此狀！");
    }

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

//測試存取類
public class CitationTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Citation c1 = new Citation();
        c1.setName("張三");

        //複製獎狀
        Citation c2 = c1.clone();
        //將獎狀的名字修改李四
        c2.setName("李四");

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

測試結果

5、使用場景

物件的建立非常複雜，可以使用原型模式快捷的建立物件。
效能和安全要求比較高。

6、擴充套件（深克隆）

將上面的「三好學生」獎狀的案例中Citation類的name屬性修改為Student型別的屬性。程式碼如下：

//獎狀類
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() + "同學：在2020學年第一學期中表現優秀，被評為三好學生。特發此狀！");
    }

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

//學生類
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;
    }
}

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

        Citation c1 = new Citation();
        Student stu = new Student("張三", "西安");
        c1.setStu(stu);

        //複製獎狀
        Citation c2 = c1.clone();
        //獲取c2獎狀所屬學生物件
        Student stu1 = c2.getStu();
        stu1.setName("李四");

        //判斷stu物件和stu1物件是否是同一個物件
        System.out.println("stu和stu1是同一個物件？" + (stu == stu1));

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

執行結果為：

說明：

stu物件和stu1物件是同一個物件，就會產生將stu1物件中name屬性值改為「李四」，兩個Citation（獎狀）物件中顯示的都是李四。這就是淺克隆的效果，對具體原型類（Citation）中的參照型別的屬性進行參照的複製。這種情況需要使用深克隆，而進行深克隆需要使用物件流。程式碼如下：

public class CitationTest1 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Citation c1 = new Citation();
        Student stu = new Student("張三", "西安");
        c1.setStu(stu);

        //建立物件輸出流物件
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\b.txt"));
        //將c1物件寫出到檔案中
        oos.writeObject(c1);
        oos.close();

        //建立物件出入流物件
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\b.txt"));
        //讀取物件
        Citation c2 = (Citation) ois.readObject();
        //獲取c2獎狀所屬學生物件
        Student stu1 = c2.getStu();
        stu1.setName("李四");

        //判斷stu物件和stu1物件是否是同一個物件
        System.out.println("stu和stu1是同一個物件？" + (stu == stu1));

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

執行結果為：

注意：Citation類和Student類必須實現Serializable介面，否則會拋NotSerializableException異常。