孙悟空的身外身法术使用了Java设计模式：原型模式
2024-09-26 22:54:30
定义
原型模式属于对象的创建型模式，通过给出一个原型对象来指明所要创建的对象的类型，然后用复制这个原型对象的办法创建出更多同类型的对象，这就是原型模式的用意
java语言的构建模型直接支持原型模式，所有的JavaBean都继承自java.lang.Object，而且Object类提供了一个clone()方法，可以将一个JavaBean对象复制一份
但是这个JavaBean必须实现一个标识接口Cloneable，表明这个JavaBean支持复制。
如果一个对象没有实现这个接口却使用了clone()方法，Java编译器会抛出异常：CloneNotSupportedException
意图
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
主要解决问题
在运行期建立和删除原型
何时使用
如果一个系统的产品类是动态加载的，而且产品类具有一定的等级结构，这时可以采用原型模式
优缺点
优点：
- 允许动态的增加或者减少产品类
- 提供简化的创建结构
- 具有给一个应用软件动态加载新功能的能力
缺点：
- 每一个类都必须匹配一个克隆方法
- 必须实现 Cloneable 接口
结构
原型模式有两种表现形式：简单形式和登记形式
简单形式的原型模式
涉及的角色：
- 客户（Client）角色：客户类提出创建对象的请求
- 抽象原型（Prototype）角色：通常由一个Java接口或者Java抽象类实现，此角色给出所有的具体原型类所需要的接口
- 具体原型（ConcretePrototype）角色：被复制的对象，此角色需要实现抽象原型角色所要求的接口
源码如下：
public class Client {
private Prototype prototype;
public void operation(Prototype example) {
Prototype p = (Prototype) example.clone();
}
}
抽象原型角色声明了一个clone方法：
public interface Prototype extends Cloneable {
Object clone();
}
public class ConcretePrototype implements Prototype {
/** 克隆方法 */
@Override
public Object clone() {
try {
return super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
return null;
}
}
}
登记形式的原型模式
涉及的角色：
- 客户端（Client）角色：客户端向管理员提出创建对象的请求
- 抽象原型（Prototype）角色：通常由一个Java接口或者Java抽象类实现，此角色给出所有的具体原型类所需要的接口
- 具体原型（ConcretePrototype）角色：被复制的对象，此角色需要实现抽象原型角色所要求的接口
- 原型管理器（PrototypeManager）角色：创建具体原型类的对象，并记录每一个被创建的对象
源码如下：
public interface Prototype extends Cloneable {
Object clone();
}
public class ConcretePrototype implements Prototype {
/** 克隆方法 */
@Override
public synchronized Object clone() {
Prototype temp = null;
try {
temp = (Prototype) super.clone();
return temp;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
System.out.println("克隆失败！");
} finally {
return temp;
}
}
}
public class PrototypeManager {
private Vector vector = new Vector();
/** 增加一个新的对象 */
public void add(Prototype prototype) {
vector.add(prototype);
}
/** 取出聚集中的一个对象 */
public Prototype get(int index) {
return (Prototype) vector.get(index);
}
/** 给出聚集的大小 */
public int getSize() {
return vector.size();
}
}
public class Client {
private PrototypeManager manager;
private Prototype prototype;
public void registerPrototype() {
prototype = new ConcretePrototype();
Prototype cloneType = (Prototype) prototype.clone();
manager.add(cloneType);
}
}
两种形式比较
如果需要创建的原型对象数目比较少而且比较固定的话，可以采用简单形式，原型对象的引用由客户端保存
如果要创建的原型对象数目不固定的话，可以采用登记形式，在这种情况下，客户端不保存对原型对象的引用，这个任务由管理员对象来完成
在复制一个原型对象之前，客户端可以查看管理员对象中是否已经有一个满足要求的原型对象，如果有可以直接取出引用，如果没有客户端就需要自行复制此原型对象
浅克隆和深克隆
浅克隆：
被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值，而所有的对其他对象的引用都仍然指向原来的对象，换而言之，浅克隆仅仅复制所考虑的对象，而不复制它所引用的对象
深克隆：
被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值，除去那些引用其他对象的变量；那些引用其他对象的变量将指向被复制过的新对象，而不再是原有的那些被引用的对象。换而言之，深克隆把要复制的对象所引用的对象都复制一遍，而这种对被引用到的对象的复制叫做间接复制
孙悟空的身外身法术
孙悟空一根毫毛可以变幻出许多的大圣，由此场景熟悉原型模式
浅克隆实现
孙悟空本人：
public class TheGreatestSage {
private Monkey monkey = new Monkey();
public void change() {
//创建大圣本尊对象
Monkey copyMonkey;
for (int i=0; i<2000; i++) {
//克隆大圣本尊
copyMonkey = (Monkey) monkey.clone();
System.out.println("大圣本尊的生日：" + monkey.getBirthDate());
System.out.println("变化出来的大圣的生日：" + copyMonkey.getBirthDate());
System.out.println("大圣本尊== 变化出来的大圣：" + (monkey == copyMonkey));
System.out.println("大圣本尊的金箍棒== 变化出来的大圣的金箍棒："
+ (monkey.getStaff() == copyMonkey.getStaff()));
}
}
public static void main(String[] args) {
TheGreatestSage sage = new TheGreatestSage();
sage.change();
}
}
具体原型角色：
public class Monkey implements Cloneable {
/** 身高 */
private float height;
/** 体重 */
private float weight;
/** 金箍棒 */
private GoldRingedStaff staff;
/** 日期 */
private Date birthDate;
public Monkey() {
this.birthDate = new Date();
}
/** 克隆方法 */
@Override
public Object clone() {
Monkey temp = null;
try {
temp = (Monkey) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
System.out.println("克隆失败！");
e.printStackTrace();
} finally {
return temp;
}
}
public float getHeight() {
return height;
}
public void setHeight(float height) {
this.height = height;
}
public float getWeight() {
return weight;
}
public void setWeight(float weight) {
this.weight = weight;
}
public Date getBirthDate() {
return birthDate;
}
public void setBirthDate(Date birthDate) {
this.birthDate = birthDate;
}
public GoldRingedStaff getStaff() {
return staff;
}
public void setStaff(GoldRingedStaff staff) {
this.staff = staff;
}
}
大圣拥有的金箍棒：
public class GoldRingedStaff {
/** 高度 */
private float height = 100.0f;
/** 半径 */
private float radius = 5.0f;
/** 构造函数 */
public GoldRingedStaff() {
}
/** 增长行为，每次调用高度和半径增加一倍 */
public void grow() {
this.height = this.height * 2;
this.radius = this.radius * 2;
}
/** 缩小行为，每次调用高度和半径减少一半 */
public void shrink() {
this.height = this.height / 2;
this.radius = this.radius / 2;
}
/** 移动 */
public void move() {
}
/** 高度取值方法 */
public float getHeight() {
return height;
}
/** 高度赋值方法 */
public void setHeight(float height) {
this.height = height;
}
/** 半径取值方法 */
public float getRadius() {
return radius;
}
/** 半径赋值方法 */
public void setRadius(float radius) {
this.radius = radius;
}
}
从输出结果可以看到，复制出来的大圣和原来的大圣拥有的金箍棒是一根，而不是每一个复制出来的大圣都有一根
下面使用深克隆改进上面的代码
深克隆实现
大圣本人：
public class TheGreatestSage {
private Monkey monkey = new Monkey();
public void change() throws IOException, ClassNotFoundException {
//创建大圣本尊对象
Monkey copyMonkey;
for (int i=0; i<2000; i++) {
copyMonkey = (Monkey) monkey.deepClone();
System.out.println("大圣本尊的生日：" + monkey.getBirthDate());
System.out.println("变化出来的大圣的生日：" + copyMonkey.getBirthDate());
System.out.println("大圣本尊== 变化出来的大圣：" + (monkey == copyMonkey));
System.out.println("大圣本尊的金箍棒== 变化出来的大圣的金箍棒："
+ (monkey.getStaff() == copyMonkey.getStaff()));
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
TheGreatestSage sage = new TheGreatestSage();
sage.change();
}
}
在Monkey类中增加深克隆方法：
public class Monkey implements Cloneable, Serializable {
/** 身高 */
private float height;
/** 体重 */
private float weight;
/** 金箍棒 */
private GoldRingedStaff staff;
/** 日期 */
private Date birthDate;
public Monkey() {
this.birthDate = new Date();
this.staff = new GoldRingedStaff();
}
/** 深拷贝方法 */
public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
//首先将对象写出到流
ByteArrayOutputStream bo = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(bo);
oo.writeObject(this);
//然后将对象从流里读出来
ByteArrayInputStream bi = new ByteArrayInputStream(bo.toByteArray());
ObjectInputStream oi = new ObjectInputStream(bi);
return oi.readObject();
}
/** 浅拷贝方法 */
@Override
public Object clone() {
Monkey temp = null;
try {
temp = (Monkey) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
System.out.println("克隆失败！");
e.printStackTrace();
} finally {
return temp;
}
}
public float getHeight() {
return height;
}
public void setHeight(float height) {
this.height = height;
}
public float getWeight() {
return weight;
}
public void setWeight(float weight) {
this.weight = weight;
}
public Date getBirthDate() {
return birthDate;
}
public void setBirthDate(Date birthDate) {
this.birthDate = birthDate;
}
public GoldRingedStaff getStaff() {
return staff;
}
public void setStaff(GoldRingedStaff staff) {
this.staff = staff;
}
}
金箍棒类：
public class GoldRingedStaff implements Cloneable, Serializable {
/** 高度 */
private float height = 100.0f;
/** 半径 */
private float radius = 5.0f;
/** 构造函数 */
public GoldRingedStaff() {
}
/** 增长行为，每次调用高度和半径增加一倍 */
public void grow() {
this.height = this.height * 2;
this.radius = this.radius * 2;
}
/** 缩小行为，每次调用高度和半径减少一半 */
public void shrink() {
this.height = this.height / 2;
this.radius = this.radius / 2;
}
/** 移动 */
public void move() {
}
/** 高度取值方法 */
public float getHeight() {
return height;
}
/** 高度赋值方法 */
public void setHeight(float height) {
this.height = height;
}
/** 半径取值方法 */
public float getRadius() {
return radius;
}
/** 半径赋值方法 */
public void setRadius(float radius) {
this.radius = radius;
}
}
从输出中可以清楚的看到，大圣本人拥有的金箍棒和复制出来的金箍棒不是同一根了
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