设计模式【三】—— 工厂模式/原型模式

第三章 工厂模式

3.1 简单工厂模式

1. 简单工厂模式也叫静态工厂模式，属于创建型模式，是工厂模式的一种。简单工厂模式是由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例。简单工厂模式是工厂模式家族中最简单实用的模式。
2. 简单工厂模式：定义了一个创建对象的类，由这个类来封装实例化对象的行为(代码)。
3. 在软件开发中，当我们会用到大量的创建某种、某类或者某批对象时，就会使用到工厂模式。

3.2 工厂方法模式

定义了一个创建对象的抽象方法，由子类决定要实例化的类。即工厂方法模式将对象的实例化推迟到子类。

3.3 抽象工厂模式

1. 定义了一个 interface 用于创建相关或有依赖关系的对象簇，而无需指明具体的类。
2. 抽象工厂模式可以将简单工厂模式和工厂方法模式进行整合。
3. 从设计层面看，抽象工厂模式就是对简单工厂模式的改进(或者称为进一步的抽象)。
4. 将工厂抽象成两层，AbsFactory(抽象工厂) 和具体实现的工厂子类。程序员可以根据创建对象类型使用对应的工厂子类。这样将单个的简单工厂类变成了工厂簇，更利于代码的维护和扩展。

3.4 在 JDK-Calendar 应用

JDK 中的 Calendar 类中，就使用了简单工厂模式

3.5 总结

1. 工厂模式的意义：将实例化对象的代码提取出来，放到一个类中统一管理和维护，达到和主项目的依赖关系的解耦。从而提高项目的扩展和维护性。
2. 三种工厂模式 (简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式)
3. 设计模式的依赖抽象原则：
   • 创建对象实例时，不要直接 new 类, 而是把这个 new 类的动作放在一个工厂的方法中，并返回。有的书上说， 变量不要直接持有具体类的引用。
   • 不要让类继承具体类，而是继承抽象类或者是实现 interface(接口)
   • 不要覆盖基类中已经实现的方法。

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第四章 原型模式（Prototype）

4.1 目的

创建属性完全相同的实例对象，即解决克隆问题。

4.2 传统方式

通过获取原始对象的属性，不断的创建 （new）新对象。

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());

• 优点：比较好理解，简单易操作。
• 缺点：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

4.3 原型模式（Prototype 模式）

1. 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。程序具有更高的效率和扩展性。
2. 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
3. 工作原理是：通过将一个原型对象传给那个要发起创建的对象，这个要发起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()。

public class Sheep implements Cloneable {
    ......
    //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) {
            System.out.println(e.getMessage());
            return sheep;
     }
}

Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆

原理结构图-UML 类图

• 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）。

4.4 浅拷贝和深拷贝

4.4.1 浅拷贝

1. 基本类型：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。
2. 引用类型：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
3. 浅拷贝的实现：使用默认的 clone()方法：sheep = (Sheep) super.clone();

4.4.2 深拷贝

1. 基本类型：复制对象的所有基本数据类型的成员变量值
2. 引用类型：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(包括对象的引用类型)进行拷贝。
3. 深拷贝实现方式 1：重写 clone 方法来实现深拷贝
4. 深拷贝实现方式 2：通过对象序列化实现深拷贝（推荐）

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();
  
      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) {
         e.printStackTrace();
         return null;
      } finally {
         //关闭流
         try {
            bos.close();
            oos.close();
            bis.close();
            ois.close();
         } catch (Exception e2) {
            System.out.println(e2.getMessage());
         }
      }  
   } 
}
DeepProtoType p = new DeepProtoType();
DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.deepClone();

4.5 注意事项和细节

1. 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。
2. 不用重新初始化对象，而是动态地获得对象运行时的状态。
3. 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。
4. 在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码。
5. 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，需要注意。