一、克隆羊问题

假如我们有这么一个需求：现在有一只羊tom，姓名为: tom, 年龄为：1，颜色为：白色，请编写程序创建和tom羊属性完全相同的10只羊。

1.1传统解决方案

传统的方式，我们可能就是循环的去创建10克隆羊出来，具体看下面的代码实现。

public class Sheep {
    private String name;
    private int age;
    private String color;

    public Sheep(String name, int age, String color) {
        super();
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
    }

    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 String getColor() {
        return color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + "]";
    }


}

public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		//传统的方法
		Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
		
		Sheep sheep2 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
		Sheep sheep3 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
		Sheep sheep4 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
		Sheep sheep5 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
		//....
		
		System.out.println(sheep);
		System.out.println(sheep2);
		System.out.println(sheep3);
		System.out.println(sheep4);
		System.out.println(sheep5);
		//...
	}

}

1.2传统方式解决克隆羊的问题

传统方式的优缺点：

优点是比较好理解，简单易操作。
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。
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

改进思路：Java中Object类是所有类的根类，Object类提供了一个clone()方法，该方法可以
将一个Java对象复制一份，但是需要实现clone的Java类必须要实现一个接口Cloneable，该接口表示该类能够复制且具有复制的能力 => 原型模式

二、原型模式

2.1基本介绍

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。
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。
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()

2.2原型模式的原理结构图

原型模式原理结构图-uml类图：

原理结构图说明：

Prototype : 原型类，声明一个克隆自己的接口。
ConcretePrototype: 具体的原型类, 实现一个克隆自己的操作。
Client: 让一个原型对象克隆自己，从而创建一个新的对象(属性一样)。

2.3原型模式的优点

Java 自带的原型模式基于内存二进制流的复制，在性能上比直接 new 一个对象更加优良。
可以使用深克隆方式保存对象的状态，使用原型模式将对象复制一份，并将其状态保存起来，简化了创建对象的过程，以便在需要的时候使用（例如恢复到历史某一状态），可辅助实现撤销操作。

2.4原型模式的缺点

需要为每一个类都配置一个 clone 方法。
clone 方法位于类的内部，当对已有类进行改造的时候，需要修改代码，违背了开闭原则。
当实现深克隆时，需要编写较为复杂的代码，而且当对象之间存在多重嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支持深克隆，实现起来会比较麻烦。因此，深克隆、浅克隆需要运用得当。

2.5利用原型模式解决克隆羊问题

使用原型模式改进传统方式，让程序具有更高的效率和扩展性。我们看具体实现：

public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("原型模式完成对象的创建");
		// TODO Auto-generated method stub
		Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
		
		sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");
		
		Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
		Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
		Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
		Sheep sheep5 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
		
		System.out.println("sheep2 =" + sheep2 + "sheep2.friend=" + sheep2.friend.hashCode());
		System.out.println("sheep3 =" + sheep3 + "sheep3.friend=" + sheep3.friend.hashCode());
		System.out.println("sheep4 =" + sheep4 + "sheep4.friend=" + sheep4.friend.hashCode());
		System.out.println("sheep5 =" + sheep5 + "sheep5.friend=" + sheep5.friend.hashCode());
	}

}

public class Sheep implements Cloneable {
	private String name;
	private int age;
	private String color;
	private String address = "蒙古羊";
	public Sheep friend; //是对象, 克隆是会如何处理
	public Sheep(String name, int age, String color) {
		super();
		this.name = name;
		this.age = age;
		this.color = color;
	}
	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 String getColor() {
		return color;
	}
	public void setColor(String color) {
		this.color = color;
	}
	
	
	
	@Override
	public String toString() {
		return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + ", address=" + address + "]";
	}
	//克隆该实例，使用默认的clone方法来完成
	@Override
	protected Object clone()  {
		
		Sheep sheep = null;
		try {
			sheep = (Sheep)super.clone();
		} catch (Exception e) {
			// TODO: handle exception
			System.out.println(e.getMessage());
		}
		// TODO Auto-generated method stub
		return sheep;
	}

2.6深入讨论-浅拷贝和深拷贝

浅拷贝的介绍：

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。
对于数据类型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，那么浅拷贝会进行引用传递，也就是只是将该成员变量的引用值（内存地址）复制一份给新的对象。因为实际上两个对象的该成员变量都指向同一个实例。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。
前面我们克隆羊就是浅拷贝。
浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现sheep = (Sheep) super.clone();

深拷贝基本介绍：

复制对象的所有基本数据类型的成员变量值
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变量所引用的对象，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。
深拷贝实现方式1：重写clone方法来实现深拷贝。
深拷贝实现方式2：通过对象序列化实现深拷贝(推荐)

2.7深拷贝应用实例

深拷贝应用实例：1) 使用重写clone方法实现深拷贝，2) 使用序列化来实现深拷贝。接下来看代码实例：

public class Client {

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		// TODO Auto-generated method stub
		DeepProtoType p = new DeepProtoType();
		p.name = "宋江";
		p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛");
		
		//方式1 完成深拷贝
		
		DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.clone();

		System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
		System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
	
		//方式2 完成深拷贝
//		DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.deepClone();
//
//		System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
//		System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
	
	}

}

public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable {

    public String name; //String 属性
    public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用类型

    public DeepProtoType() {
        super();
    }


    //深拷贝 - 方式 1 使用clone 方法
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {

        Object deep = null;
        //这里完成对基本数据类型(属性)和String的克隆
        deep = super.clone();
        //对引用类型的属性，进行单独处理
        DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType) deep;
        deepProtoType.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget) deepCloneableTarget.clone();

        // TODO Auto-generated method stub
        return deepProtoType;
    }

    //深拷贝 - 方式2 通过对象的序列化实现 (推荐)

    public Object deepClone() {

        //创建流对象
        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); //当前这个对象以对象流的方式输出

            //反序列化
            bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ois = new ObjectInputStream(bis);
            DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType) ois.readObject();

            return copyObj;

        } catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
            e.printStackTrace();
            return null;
        } finally {
            //关闭流
            try {
                bos.close();
                oos.close();
                bis.close();
                ois.close();
            } catch (Exception e2) {
                // TODO: handle exception
                System.out.println(e2.getMessage());
            }
        }

    }

}

public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable {
	
	/**
	 * 
	 */
	private static final long serialVersionUID = 1L;

	private String cloneName;

	private String cloneClass;

	//构造器
	public DeepCloneableTarget(String cloneName, String cloneClass) {
		this.cloneName = cloneName;
		this.cloneClass = cloneClass;
	}

	//因为该类的属性，都是String , 因此我们这里使用默认的clone完成即可
	@Override
	protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
		return super.clone();
	}
}

2.8原型模式的注意事项和实现细节

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。
不用重新初始化对象，而是动态地获得对象运行时的状态。
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。
在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码。
缺点：需要为每一个类配备一个克隆方法，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，违背了ocp原则。

设计模式(12)之原型模式