Java原型模式详解：克隆人案例【深浅克隆】

本文主要是介绍Java原型模式详解：克隆人案例【深浅克隆】，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

前言
在许多情况下，我们需要创建对象的副本，比如在初始化操作比较复杂或者需要大量资源的情况下。在这些情况下，我们可以使用原型模式来避免重复创建对象，提高程序的性能。本文将介绍Java中的原型模式以及如何在实际应用中使用它。

一、原型模式概述

原型模式（Prototype Pattern）属于创建型设计模式，它的核心思想是通过克隆一个已经存在的对象（原型）来返回新的对象，而不是通过实例化类来创建新的对象。关于对象克隆，在Object类中已经提供了相应的方法clone()，我们只需要调用即可。这种方式在某些场景下，能够大大提高对象创建的效率。

1.1 如何实现？

Java中的原型模式实现很简单，只需要在需要被复制的对象上实现Cloneable接口，并且重写Object中的clone方法即可。

Cloneable接口是 Java 中的一个标记接口，它没有任何方法，只是作为一个标识，告诉编译器该类可以被克隆。当一个类实现了 Cloneable接口并重写了 Object类中的clone方法，就可以通过clone方法创建一个该类的实例的副本，也就是克隆对象。

注意事项

只有实现了 Cloneable 接口的类才能够被克隆，否则会抛出 CloneNotSupportedException 异常。
Object类中的 clone方法是protected类型，并不能直接被其他类调用，需要在子类中重写 clone方法进行公开。
原生clone方法是浅拷贝。关于深浅拷贝的区别看后文图解说明。

1.2 优缺点

优点

可以避免重复创建对象，减少对象创建开销，提高程序性能。
简化对象的创建过程，隐藏对象的创建细节。
clone方法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。

缺点

在使用原型模式时，需要注意对成员变量中引用类型的处理，以避免浅拷贝带来的问题。
在需要深拷贝的情况下，实现起来比较复杂，特别是在对象的层次结构很深的情况下，需要各层级递归处理。

1.3 适用场景

原型模式在以下几种情况下比较适用：

当一个对象的创建过程非常复杂或者耗时时，可以通过复制一个已经创建好的实例来获得新的实例，从而提高性能。
当一个类的实例之间相互独立（状态不共享），且具有相同的结构时，可以使用原型模式简化创建过程。
当需要大量相同或相似对象时，使用原型模式避免重复创建对象。

1.4 Java Api中的原型案例

在Java API中，有很多类都使用了原型模式，以下是一些示例：

java.util.Date类
java.util.Calendar类
java.util.ArrayList类和java.util.LinkedList类
java.awt.geom.Area类

二、克隆人案例

接下来，我们通过一个克隆人的例子来看看如何在Java中实现原型模式，以及深克隆要如何实现

2.1 浅克隆实现

我们首先创建克隆人模型ClonePeople类，它拥有基本类型属性姓名、年龄，以及引用类型属性：身份证IdentityCard。在ClonePeople类中需要实现Cloneable接口并重写clone方法。

ClonePeople.java

public class ClonePeople implements Cloneable{private String name;private int age;//表示身份证的子对象private IdentityCard idCard;public ClonePeople(String name, int age, IdentityCard idCard) {this.name = name;this.age = age;this.idCard = idCard;}public void setIdCard(IdentityCard idCard) {this.idCard = idCard;}public IdentityCard getIdCard() {return idCard;}@Overridepublic String toString() {return "我是克隆人[" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +", idCard=" + idCard.getIdentityId() +']';}@Overridepublic Object clone() {ClonePeople clone = null;try {clone = (ClonePeople)super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return clone;}
}

IdentityCard.java

public class IdentityCard{private String identityId;//证件号public String getIdentityId() {return identityId;}public IdentityCard(String identityId) {this.identityId = identityId;}
}

测试浅克隆后对象和源对象关系

public class Client {public static void main(String[] args) {//创建原型对象ClonePeopleIdentityCard idcard=new IdentityCard("1234567890");ClonePeople people=new ClonePeople("KangKang",12,idcard);//克隆ClonePeople anotherPeople = (ClonePeople)people.clone();System.out.println(anotherPeople.toString());//判断克隆对象地址是否相等System.out.println("克隆对象是否相等："+ (people==anotherPeople));//判断子对象地址是否相等System.out.println("子对象是否相等："+(people.getIdCard()==anotherPeople.getIdCard()));}
}

测试结果：

结论

根据测试结果可以得出：
1，克隆后的对象是一个新对象，其对象地址不一致，但是内容完全一致，这就是原型模式的魅力。
2，Object中的clone方法正是浅克隆，因为其子对象引用是同一个对象，内存地址是一致的。

2.2 深克隆实现

深克隆就是完全克隆，让子对象也重新创建，而不是引用同一个对象。这要如何实现呢？既然调用clone方法，可以让外部的对象重新创建，那我是不是也可以对子对象也调用clone方法呢。

步骤1：改造子对象，让子对象也实现Cloneable接口并重写clone方法

public class IdentityCard implements Cloneable{private String identityId;//证件号public String getIdentityId() {return identityId;}public IdentityCard(String identityId) {this.identityId = identityId;}@Overridepublic Object clone() {IdentityCard clone = null;try {clone = (IdentityCard)super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return clone;}
}

步骤2：改造ClonePeople类中的clone方法，对子对象克隆后重新赋值

    @Overridepublic Object clone() {ClonePeople clone = null;try {clone = (ClonePeople)super.clone();clone.setIdCard((IdentityCard)clone.getIdCard().clone());} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return clone;}