原型模式(Prototype)

原型模式(Prototype)

  • 作者:Geticsen
  • 时间:2019-10-10
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简介 原型模式(Prototype)

定义:用原型实例指定创建对象的种类,并通过拷贝这些原型创建新的对象。

类型:创建类模式

类图:

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原型模式主要用于对象的复制,它的核心是就是类图中的原型类Prototype。Prototype类需要具备以下两个条件:

实现Cloneable接口。在java语言有一个Cloneable接口,它的作用只有一个,就是在运行时通知虚拟机可以安全地在实现了此接口的类上使用clone方法。在java虚拟机中,只有实现了这个接口的类才可以被拷贝,否则在运行时会抛出CloneNotSupportedException异常。

重写Object类中的clone方法。Java中,所有类的父类都是Object类,Object类中有一个clone方法,作用是返回对象的一个拷贝,但是其作用域protected类型的,一般的类无法调用,因此,Prototype类需要将clone方法的作用域修改为public类型。

        原型模式是一种比较简单的模式,也非常容易理解,实现一个接口,重写一个方法即完成了原型模式。在实际应用中,原型模式很少单独出现。经常与其他模式混用,他的原型类Prototype也常用抽象类来替代。

原型模式的应用场景

原型模式通常适用于以下场景。

  • 对象之间相同或相似,即只是个别的几个属性不同的时候。

  • 对象的创建过程比较麻烦,但复制比较简单的时候。

原型模式的扩展

原型模式可扩展为带原型管理器的原型模式,它在原型模式的基础上增加了一个原型管理器 PrototypeManager 类。该类用 HashMap 保存多个复制的原型,Client 类可以通过管理器的 get(String id) 方法从中获取复制的原型。其结构图如图 5 所示。

带原型管理器的原型模式的结构图
图5 带原型管理器的原型模式的结构图


【例3】用带原型管理器的原型模式来生成包含“圆”和“正方形”等图形的原型,并计算其面积。分析:本实例中由于存在不同的图形类,例如,“圆”和“正方形”,它们计算面积的方法不一样,所以需要用一个原型管理器来管理它们,图 6 所示是其结构图。

图形生成器的结构图
图6 图形生成器的结构图


资源优化场景

    类初始化需要消化非常多的资源,这个资源包括数据、硬件资源等。

性能和安全要求的场景

    通过new产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限,则可以使用原型模式。

    一个对象多个修改者的场景

    一个对象需要提供给其他对象访问,而且各个调用者可能都需要修改其值时,可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用。

在实际项目中,原型模式很少单独出现,一般是和工厂方法模式一起出现,通过clone的方法创建一个对象,然后由工厂方法提供给调用者。原型模式已经与Java融为浑然一体,大家可以随手拿来使用。

实现代码:

class Prototype implements Cloneable {  
    public Prototype clone(){  
        Prototype prototype = null;  
        try{  
            prototype = (Prototype)super.clone();  
        }catch(CloneNotSupportedException e){  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return prototype;   
    }  
}  
  
class ConcretePrototype extends Prototype{  
    public void show(){  
        System.out.println("原型模式实现类");  
    }  
}  
  
public class Client {  
    public static void main(String[] args){  
        ConcretePrototype cp = new ConcretePrototype();  
        for(int i=0; i< 10; i++){  
            ConcretePrototype clonecp = (ConcretePrototype)cp.clone();  
            clonecp.show();  
        }  
    }  
}

原型模式的注意事项

使用原型模式复制对象不会调用类的构造方法。因为对象的复制是通过调用Object类的clone方法来完成的,它直接在内存中复制数据,因此不会调用到类的构造方法。不但构造方法中的代码不会执行,甚至连访问权限都对原型模式无效。还记得单例模式吗?单例模式中,只要将构造方法的访问权限设置为private型,就可以实现单例。但是clone方法直接无视构造方法的权限,所以,单例模式与原型模式是冲突的,在使用时要特别注意。

深拷贝与浅拷贝。Object类的clone方法只会拷贝对象中的基本的数据类型,对于数组、容器对象、引用对象等都不会拷贝,这就是浅拷贝。如果要实现深拷贝,必须将原型模式中的数组、容器对象、引用对象等另行拷贝。例如:

public class Prototype implements Cloneable {  
    private ArrayList list = new ArrayList();  
    public Prototype clone(){  
        Prototype prototype = null;  
        try{  
            prototype = (Prototype)super.clone();  
            prototype.list = (ArrayList) this.list.clone();  
        }catch(CloneNotSupportedException e){  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return prototype;   
    }  
}


由于ArrayList不是基本类型,所以成员变量list,不会被拷贝,需要我们自己实现深拷贝,幸运的是Java提供的大部分的容器类都实现了Cloneable接口。所以实现深拷贝并不是特别困难。

PS:深拷贝与浅拷贝问题中,会发生深拷贝的有java中的8中基本类型以及他们的封装类型,另外还有String类型。其余的都是浅拷贝。

浅拷贝: 对值类型的成员变量进行值的复制,对引用类型的成员变量只复制引用,不复制引用的对象.

深拷贝: 对值类型的成员变量进行值的复制,对引用类型的成员变量也进行引用对象的复制.



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