Java设计模式之创建型模式（二）原型模式

原型模式

    • 1、原型模式
      • 1-1、应用场景
      • 1-2、举个 软栗子
      • 1-3、举个 硬栗子
      • 1-3、举个实务栗子

学习原型模式的目的：原型模式的目的在于通过复制现有的实例来创建新的对象，以避免通过构造函数创建对象时可能带来的性能开销，同时可以控制对象的深度复制。

1、原型模式

定义：
在Java中，原型模式（Prototype Pattern）是一种创建型设计模式，其主要目的是通过使用已有对象作为原型，克隆并生成新的对象，而无需显式地使用构造函数来创建对象。原型模式的核心思想是通过克隆（Clone）现有的对象来创建新的对象，这种克隆可以是浅克隆（Shallow Clone）或深克隆（Deep Clone）。

  • 浅克隆：通过调用对象的clone()方法复制对象，得到一个新的对象实例，新对象与原对象共享部分数据。对于引用类型的成员变量，浅克隆只复制其引用而不创建新的对象。
  • 深克隆：通过自定义克隆逻辑，递归地复制对象及其引用类型的成员变量，得到一个完全独立的新对象实例。深克隆会逐层复制对象及其引用的对象，保证新对象与原对象的数据完全独立。

要实现原型模式，需要满足以下条件：

  1. 被克隆的类必须实现Cloneable接口，这个接口是一个标记接口，表明该类可以被克隆。
  2. 在被克隆的类中覆写clone()方法，实现对象的克隆操作。
  3. 在使用原型模式时，通过调用对象的clone()方法创建新的对象。

通过使用原型模式，可以避免直接使用构造函数复杂地创建对象，提高对象的创建效率和灵活性。
需要注意的是，在克隆过程中如果涉及到引用类型的成员变量，如果要实现深克隆，需要对引用类型的成员变量也进行克隆操作，确保数据的独立性和完整性。
总的来说，原型模式通过克隆现有对象来创建新的对象，实现了对象的复制和创建的分离，提高了对象创建的效率和灵活性。

1-1、应用场景

Java中的原型模式适用于以下业务应用场景：

  1. 对象的创建成本高：当需要创建一个对象的成本很高，比如需要初始化大量的数据、进行复杂的计算或者远程调用等，可以使用原型模式。通过复制已有的对象，避免重复的创建过程，提高性能和效率。
  2. 对象的创建过程复杂：有些对象的创建过程比较复杂，涉及到多个步骤或者依赖其他对象。在这种情况下，可以使用原型模式将一个已经初始化好的对象作为原型，通过复制来创建新对象，避免创建过程的复杂性和依赖关系的传递。
  3. 动态配置对象：当需要根据用户的不同配置动态生成对象时，可以使用原型模式。通过定义一个原型对象，根据不同的配置参数进行复制，快速生成多个符合用户需求的对象。
  4. 多线程环境下的对象创建：在多线程环境下，对象的创建可能会引起线程安全的问题。使用原型模式，可以避免多个线程同时创建对象，从而保证对象的安全性和一致性。

总的来说，原型模式适用于那些创建成本高、创建过程复杂、动态配置或需要在多线程环境下创建对象的场景。通过原型模式，可以通过复制现有的对象来创建新对象，提高性能、简化对象的创建过程，并保证对象的安全性和一致性。

1-2、举个 软栗子

代码如下

写个Person实现Cloneable接口：

package com.rensun.designmode.prototype_mode.shallowcopy2;import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;@Slf4j
@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Person implements Cloneable {private int id;private String name;private Address address;@Overridepublic Person clone() throws CloneNotSupportedException {return (Person) super.clone();}
}

写个Address实现Cloneable接口：

package com.rensun.designmode.prototype_mode.shallowcopy2;import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
class Address implements Cloneable {private String city;private String street;@Overridepublic Address clone() throws CloneNotSupportedException {return (Address) super.clone();}
}

写个测试方法：

package com.rensun.designmode.prototype_mode.shallowcopy2;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;/***  使用场景：*  软拷贝适用于对象的字段较简单，不包含引用类型字段*  的情况，而且希望拷贝后的对象能够及时地反映原对象*  字段的变化。例如，当对象只包含基本数据类型的字段，*  且需要对对象进行快速的拷贝操作，可以使用软拷贝。**/
@Slf4j
public class TestShallowCopy {public static void main(String[] args) {Address address = new Address("濮阳市", "挥公大道003号");Person person = new Person(1, "岳云鹏", address);try {Person copyPerson = person.clone();log.info("person: {}", person);log.info("shallow copy person: {}", copyPerson);//拷贝后的对象重新赋值copyPerson.setId(2);copyPerson.setName("小驴程序源");copyPerson.getAddress().setCity("北京市");copyPerson.getAddress().setStreet("长安街110号");log.info("------------------拷贝后的对象重新赋值如下：--------------------");log.info("person: {}", person);log.info("shallow copy person: {}", copyPerson);} catch (CloneNotSupportedException e) {log.error("Clone not supported", e);}}
}

我们看一下console输出

已连接到地址为 ''127.0.0.1:52221'，传输: '套接字'' 的目标虚拟机
17:15:14.526 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.shallowcopy2.TestShallowCopy - person: Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=濮阳市, street=挥公大道003号))
17:15:14.530 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.shallowcopy2.TestShallowCopy - shallow copy person: Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=濮阳市, street=挥公大道003号))
17:15:14.530 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.shallowcopy2.TestShallowCopy - ------------------拷贝后的对象重新赋值如下：--------------------
17:15:14.530 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.shallowcopy2.TestShallowCopy - person: Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=北京市, street=长安街110号))
17:15:14.530 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.shallowcopy2.TestShallowCopy - shallow copy person: Person(id=2, name=小驴程序源, address=Address(city=北京市, street=长安街110号))
已与地址为 ''127.0.0.1:52221'，传输: '套接字'' 的目标虚拟机断开连接进程已结束，退出代码为 0

根据输出结果，可以看到以下信息：

原对象person的信息为：Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=濮阳市, street=挥公大道003号))
浅拷贝对象copyPerson的信息为：Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=濮阳市, street=挥公大道003号))
拷贝后的对象重新赋值后，原对象person的信息为：Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=北京市, street=长安街110号))
拷贝后的对象重新赋值后，浅拷贝对象copyPerson的信息为：Person(id=2, name=小驴程序源, address=Address(city=北京市, street=长安街110号))

从输出结果来看，当对拷贝后的对象copyPerson进行了修改时，原对象person的数据并没有发生变化。这是因为浅拷贝只复制了对象的引用，并没有对引用的对象进行深拷贝。因此，当拷贝对象的引用类型成员变量进行修改时，原对象的成员变量也会相应改变。

1-3、举个 硬栗子

在这里插入图片描述

首先Address还是原来的它自己，Person要改写一下clone方法

package com.rensun.designmode.prototype_mode.deepcopy2;import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;@Slf4j
@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Person implements Cloneable {private int id;private String name;private Address address;@Overridepublic Person clone() throws CloneNotSupportedException {Person cPerson = (Person) super.clone();cPerson.address = this.address.clone();return cPerson;}
}

测试类还是原来的测试类，改了个名

package com.rensun.designmode.prototype_mode.deepcopy2;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;/***  使用场景：*  硬拷贝适用于对象的字段较复杂，包含引用类型字段的情*  况，希望拷贝后的对象能够独立地管理自己的字段，不受*  原对象影响。例如，当对象包含引用类型的字段，且需要*  对对象进行深度拷贝，确保拷贝后的对象与原对象完全独*  立，可以使用硬拷贝。**/
@Slf4j
public class TestDeepCopy {public static void main(String[] args) {Address address = new Address("濮阳市", "挥公大道003号");Person person = new Person(1, "岳云鹏", address);try {Person copyPerson = person.clone();log.info("person: {}", person);log.info("shallow copy person: {}", copyPerson);//拷贝后的对象重新赋值copyPerson.setId(2);copyPerson.setName("小驴程序源");copyPerson.getAddress().setCity("北京市");copyPerson.getAddress().setStreet("长安街110号");log.info("------------------拷贝后的对象重新赋值如下：--------------------");log.info("person: {}", person);log.info("shallow copy person: {}", copyPerson);} catch (CloneNotSupportedException e) {log.error("Clone not supported", e);}}
}

但是输出结果就有了新变化：

在clone()方法中，首先调用了父类的clone()方法创建了一个新的Person对象，并进行类型转换。接着，通过调用this.address.clone()方法对地址对象进行深拷贝，将拷贝后的地址对象赋值给新创建的Person对象的地址成员变量。这样就实现了深拷贝，拷贝后的对象和原对象拥有了各自的地址对象，互不影响。

总的来说，这段代码示例展示了如何通过在clone()方法中对引用类型成员变量进行深拷贝操作，实现了深拷贝的Person类。通过这种方式，即使修改拷贝对象的引用类型成员变量，原对象的成员变量也不会受到影响。

已连接到地址为 ''127.0.0.1:53498'，传输: '套接字'' 的目标虚拟机
18:04:04.663 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.deepcopy2.TestDeepCopy - person: Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=濮阳市, street=挥公大道003号))
18:04:04.669 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.deepcopy2.TestDeepCopy - shallow copy person: Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=濮阳市, street=挥公大道003号))
18:04:04.669 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.deepcopy2.TestDeepCopy - ------------------拷贝后的对象重新赋值如下：--------------------
18:04:04.669 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.deepcopy2.TestDeepCopy - person: Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=濮阳市, street=挥公大道003号))
18:04:04.669 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.deepcopy2.TestDeepCopy - shallow copy person: Person(id=2, name=小驴程序源, address=Address(city=北京市, street=长安街110号))
已与地址为 ''127.0.0.1:53498'，传输: '套接字'' 的目标虚拟机断开连接

1-3、举个实务栗子

package com.tansun.goods.controller;import cn.hutool.json.JSONUtil;
import com.tansun.goods.prototype_mode.AnswerQuestion;
import com.tansun.goods.prototype_mode.ChoiceQuestion;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;/*** @author Administrator*/
@Slf4j
@RestController
@RequestMapping
public class TestController {public String createPaper(String candidate, String number) {//选择题List<ChoiceQuestion> choiceQuestionList = new ArrayList<ChoiceQuestion>();//问答题List<AnswerQuestion> answerQuestionList = new ArrayList<AnswerQuestion>();Map<String, String> map01 = new HashMap<String, String>();map01.put("A", "JAVA2 EE");map01.put("B", "JAVA2 Card");map01.put("C", "JAVA2 ME");map01.put("D", "JAVA2 HE");map01.put("E", "JAVA2 SE");Map<String, String> map02 = new HashMap<String, String>();map02.put("A", "JAVA程序的main⽅法必须写在类⾥⾯");map02.put("B", "JAVA程序中可以有多个main⽅法");map02.put("C", "JAVA程序中类名必须与⽂件名⼀样");map02.put("D", "JAVA程序的main⽅法中如果只有⼀条语句，可以不⽤{}(⼤括号)括起来");Map<String, String> map03 = new HashMap<String, String>();map03.put("A", "变量由字⺟、下划线、数字、$符号随意组成；");map03.put("B", "变量不能以数字作为开头；");map03.put("C", "A和a在java中是同⼀个变量；");map03.put("D", "不同类型的变量，可以起相同的名字；");Map<String, String> map04 = new HashMap<String, String>();map04.put("A", "STRING");map04.put("B", "x3x;");map04.put("C", "void");map04.put("D", "de$f");Map<String, String> map05 = new HashMap<String, String>();map05.put("A", "31");map05.put("B", "0");map05.put("C", "1");map05.put("D", "2");choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("JAVA所定义的版本中不包括", map01, "D"));choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("下列说法正确的是", map02, "A"));choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("变量命名规范说法正确的是", map03, "B"));choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("以下()不是合法的标识符", map04, "C"));choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("表达式(11+3*8)/4%3的值 是", map05, " D"));answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("⼩红⻢和⼩⿊⻢⽣的⼩⻢⼏条腿", "4条腿"));answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("铁棒打头疼还是⽊棒打头疼", "头最疼"));answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("什么床不能睡觉", "⽛床"));answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("为什么好⻢不吃回头草", "后⾯的草没了"));//打印当前考生的试卷StringBuilder detail = new StringBuilder("考⽣：" + candidate + "\r\n" + "考号：" + number + "\r\n" + "--------------------------------------------\r\n" + "⼀、选择题" + "\r\n\n");for (int idx = 0; idx < choiceQuestionList.size(); idx++) {detail.append("第").append(idx + 1).append("题：").append(choiceQuestionList.get(idx).getName()).append("\n");Map<String, String> option = choiceQuestionList.get(idx).getOption();option.forEach((k,v)->detail.append(k).append("：").append(option.get(k)).append("\r\n"));detail.append("答 案：").append(choiceQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");}detail.append("⼆、问答题" + "\r\n\n");for (int idx = 0; idx < answerQuestionList.size(); idx++) {detail.append("第").append(idx + 1).append("题：").append(answerQuestionList.get(idx).getName()).append("\n");detail.append("答 案：").append(answerQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");}return detail.toString();}
}

选择题类

package com.tansun.goods.prototype_mode;import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import java.util.Map;@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class ChoiceQuestion {/*** 题⽬*/private String name;/*** 选项A、B、C、D*/private Map<String, String> option;/*** 答案B*/private String key;
}

问答题

package com.tansun.goods.prototype_mode;import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class AnswerQuestion {/*** 问题*/private String name;/*** 答案*/private String key;
}

运行：

package com.tansun.goods;import com.tansun.goods.controller.TestController;
import org.apache.catalina.core.ApplicationContext;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
import org.springframework.web.context.ContextLoader;
import org.springframework.web.context.WebApplicationContext;@SpringBootTest
class GoodsApplicationTests {@Testpublic void test_QuestionBankController() {TestController questionBankController = new TestController();System.out.println(questionBankController.createPaper("花花", "1000001921032"));System.out.println(questionBankController.createPaper("⾖⾖", "1000001921051"));System.out.println(questionBankController.createPaper("⼤宝", "1000001921987"));}}

结果：

考⽣：花花
考号：1000001921032
--------------------------------------------
⼀、选择题第1题：JAVA所定义的版本中不包括
A：JAVA2 EE
B：JAVA2 Card
C：JAVA2 ME
D：JAVA2 HE
E：JAVA2 SE
答 案：D第2题：下列说法正确的是
A：JAVA程序的main⽅法必须写在类⾥⾯
B：JAVA程序中可以有多个main⽅法
C：JAVA程序中类名必须与⽂件名⼀样
D：JAVA程序的main⽅法中如果只有⼀条语句，可以不⽤{}(⼤括号)括起来
答 案：A第3题：变量命名规范说法正确的是
A：变量由字⺟、下划线、数字、$符号随意组成；
B：变量不能以数字作为开头；
C：A和a在java中是同⼀个变量；
D：不同类型的变量，可以起相同的名字；
答 案：B第4题：以下()不是合法的标识符
A：STRING
B：x3x;
C：void
D：de$f
答 案：C第5题：表达式(11+3*8)/4%3的值 是
A：31
B：0
C：1
D：2
答 案： D⼆、问答题第1题：⼩红⻢和⼩⿊⻢⽣的⼩⻢⼏条腿
答 案：4条腿第2题：铁棒打头疼还是⽊棒打头疼
答 案：头最疼第3题：什么床不能睡觉
答 案：⽛床第4题：为什么好⻢不吃回头草
答 案：后⾯的草没了考⽣：⾖⾖
考号：1000001921051
--------------------------------------------
⼀、选择题第1题：JAVA所定义的版本中不包括
A：JAVA2 EE
B：JAVA2 Card
C：JAVA2 ME
D：JAVA2 HE
E：JAVA2 SE
答 案：D第2题：下列说法正确的是
A：JAVA程序的main⽅法必须写在类⾥⾯
B：JAVA程序中可以有多个main⽅法
C：JAVA程序中类名必须与⽂件名⼀样
D：JAVA程序的main⽅法中如果只有⼀条语句，可以不⽤{}(⼤括号)括起来
答 案：A第3题：变量命名规范说法正确的是
A：变量由字⺟、下划线、数字、$符号随意组成；
B：变量不能以数字作为开头；
C：A和a在java中是同⼀个变量；
D：不同类型的变量，可以起相同的名字；
答 案：B第4题：以下()不是合法的标识符
A：STRING
B：x3x;
C：void
D：de$f
答 案：C第5题：表达式(11+3*8)/4%3的值 是
A：31
B：0
C：1
D：2
答 案： D⼆、问答题第1题：⼩红⻢和⼩⿊⻢⽣的⼩⻢⼏条腿
答 案：4条腿第2题：铁棒打头疼还是⽊棒打头疼
答 案：头最疼第3题：什么床不能睡觉
答 案：⽛床第4题：为什么好⻢不吃回头草
答 案：后⾯的草没了考⽣：⼤宝
考号：1000001921987
--------------------------------------------
⼀、选择题第1题：JAVA所定义的版本中不包括
A：JAVA2 EE
B：JAVA2 Card
C：JAVA2 ME
D：JAVA2 HE
E：JAVA2 SE
答 案：D第2题：下列说法正确的是
A：JAVA程序的main⽅法必须写在类⾥⾯
B：JAVA程序中可以有多个main⽅法
C：JAVA程序中类名必须与⽂件名⼀样
D：JAVA程序的main⽅法中如果只有⼀条语句，可以不⽤{}(⼤括号)括起来
答 案：A第3题：变量命名规范说法正确的是
A：变量由字⺟、下划线、数字、$符号随意组成；
B：变量不能以数字作为开头；
C：A和a在java中是同⼀个变量；
D：不同类型的变量，可以起相同的名字；
答 案：B第4题：以下()不是合法的标识符
A：STRING
B：x3x;
C：void
D：de$f
答 案：C第5题：表达式(11+3*8)/4%3的值 是
A：31
B：0
C：1
D：2
答 案： D⼆、问答题第1题：⼩红⻢和⼩⿊⻢⽣的⼩⻢⼏条腿
答 案：4条腿第2题：铁棒打头疼还是⽊棒打头疼
答 案：头最疼第3题：什么床不能睡觉
答 案：⽛床第4题：为什么好⻢不吃回头草
答 案：后⾯的草没了进程已结束,退出代码0

以上就是三位考试的试卷； 花花、 ⾖、⼤宝，每个⼈的试卷内容是⼀样的这没问题，但是三个⼈的题⽬以及选项顺序都是⼀样，就没有达到我们说希望的乱序要求。⽽且以上这样的代码⾮常难扩展，随着题⽬的不断的增加以及乱序功能的补充，都会让这段代码变
得越来越混乱

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文章目录 一、写组件1、注册全局组件方法2、组件13、组件2 二、测试三、发布1、配置package.json2、生成库包3、配置发布信息4、发布 四、使用1、安装2、使用 五、维护1、维护和更新2、注意事项 一、写组件 确定组件库的需求和功能&#xff1a;在开始构建组件库之前&#xff0c…
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基于jenkins+gitlab+docker部署zabbix

基于jenkins+gitlab+docker部署zabbix

背景 我现在已经在一台服务器上部署了jenkins和gitlab&#xff0c;现在有一个场景是需要在服务器上再部署一个zabbix&#xff0c;需要通过jenkins加上gitlab部署&#xff0c;并且要求zabbix是通过docker部署的 前提条件 jenkins、gitlab已完成部署并能正常访问&#xff0c;服…
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再探Java为面试赋能(二)Java基础知识(二)反射机制、Lambda表达式、多态

再探Java为面试赋能(二)Java基础知识(二)反射机制、Lambda表达式、多态

文章目录 前言1.4 反射机制1.4.1 Class对象的获取1.4.2 Class类的方法1.4.3 通过反射机制修改只读类的属性 1.5 Lambda表达式1.5.1 函数式接口1.5.2 Lambda表达式的使用 1.6 多态1.6.1 多态的概念1.6.2 多态的实现条件1.6.3 重载&#xff08;Overload&#xff09;和重写&#x…
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大数据之搭建Hive组件

大数据之搭建Hive组件

声明&#xff1a;所有软件自行下载&#xff0c;并存放到统一目录中 1.Hive组件的安装配置 1.1实验环境 服务器集群3 个以上节点&#xff0c;节点间网络互通&#xff0c;各节点最低配置&#xff1a;双核 CPU、8GB 内存、100G 硬盘运行环境CentOS 7.4服务和组件完成前面章节实验…
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PyCharm详细安装教程与高效使用指南

PyCharm详细安装教程与高效使用指南

引言 PyCharm&#xff0c;作为一款广受Python开发者青睐的集成开发环境&#xff08;IDE&#xff09;&#xff0c;以其强大的代码编辑、调试、版本控制以及项目管理功能&#xff0c;极大地提升了开发效率与编程体验。对于初次接触或希望深入掌握PyCharm的用户来说&#xff0c;正…
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Spring Boot整合MyBatis-Plus以及实现分页

Spring Boot整合MyBatis-Plus以及实现分页

MyBatis-Plus 是 MyBatis 的一个增强工具包&#xff0c;它在原有的 MyBatis 框架之上提供了更多便捷的功能和增强&#xff0c;有助于简化开发流程、提高开发效率。以下是 MyBatis-Plus 的一些主要特点和功能&#xff1a; CRUD 操作增强&#xff1a; MyBatis-Plus 提供了一套强大…
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