设计模式 | 原型模式

2018-11-06 | 阅读：次

知识点六：原型模式

一、概述

原型模式（Prototype Pattern）是用于创建重复的对象，同时又能保证性能，它属于23种GOF设计模式的创建型设计模式 ，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式是实现了一个原型接口，该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时，则采用这种模式。它有如下特点：

由原型对象自身创建目标对象。也就是说，对象创建这一动作发自原型对象本身。
目标对象是原型对象的一个克隆。也就是说，通过Prototype模式创建的对象，不仅仅与原型对象具有相同的结构，还与原型对象具有相同的值
根据对象克隆的深度层次不同，可以分为浅度克隆（浅拷贝）和深度克隆（深拷贝）。

简单的说就是：

采用复制原型对象的方法来创建对象实例，创建出来的实例具有与原型一样的数据

二、深拷贝和浅拷贝

浅拷贝：使用一个已知实例对新创建实例的成员变量逐个赋值，这个方式被称为浅拷贝。

深拷贝：当一个类的拷贝构造方法，不仅要复制对象的所有非引用成员变量值，还要为引用类型的成员变量创建新的实例，并且初始化为形式参数实例值。

三、优缺点和使用场景

1、优点

性能提高。
逃避构造函数的约束。

2、缺点

配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类不是很难，但对于已有的类不一定很容易，特别当一个类引用不支持串行化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。
必须实现 Cloneable 接口。

3、使用场景

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。

四、模式中包含的角色和其职责以及模式实现方式

1、角色

抽象原型（Prototype）角色：声明克隆自身的接口，Cloneable接口。

具体原型（ConcretePrototype）角色：实现克隆的具体操作。

2、实现方式

了解Java的同学应该都知道，所有的Java类都继承至Object，而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，因此在java中可以直接使用clone()方法来复制一个对象。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体复制的能力，如果不实现该接口而直接调用clone()方法会抛出CloneNotSupportedException异常。

一般而言，clone()方法满足：

对任何的对象obj，都有obj.clone() !=obj，即克隆对象与原对象不是同一个对象。
对任何的对象obj，都有obj.clone().getClass()==obj.getClass()，即克隆对象与原对象的类型一样。
如果对象obj的equals()方法定义恰当，那么obj.clone().equals(obj)应该成立。

原型模式.png

五、在Java中的实现

1.浅度克隆（浅拷贝）

原型类Person.java

/**
 * @Description: 原型类
 * @Author: Ling.D.S
 * @Date: Created in 2018/11/8 20:25
 */
public class Person implements Cloneable{
    private String name;
    private int age;
    //朋友(复杂类型)
    private List<String> friends;
  
    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 List<String> getFriends() {
        return friends;
    }
  
    public void setFriends(List<String> friends) {
        this.friends = friends;
    }
  
    public Person clone(){
        try {
            return (Person) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            //抛出一个不支持克隆异常
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

测试类MainClass.java

/**
 * @Description:
 * @Author: Ling.D.S
 * @Date: Created in 2018/11/8 20:25
 */
public class MainClass {
    public static void main(String[] args) {
        //先创建一个人,他有一些朋友
        Person person = new Person();
        person.setName("宋德凌");
        person.setAge(18);
        ArrayList<String> friends = new ArrayList<String>();
        friends.add("彭于晏");
        friends.add("吴彦祖");
        person.setFriends(friends);
  
        //再克隆这个人
        Person person1 = person.clone();
        //比较克隆体和原型的属性
        System.out.println("=======第一次比较=======");
        System.out.println(person.getFriends().toString());
        System.out.println(person1.getFriends().toString());
  
        //这时候原型又交了一个朋友
        friends.add("胡歌");
        person.setFriends(friends);
        //比较克隆体和原型的属性
        System.out.println("=======第二次比较=======");
        System.out.println(person.getFriends().toString());
        System.out.println(person1.getFriends().toString());
    }
}

结果

导致这样的结果的原因在于，浅拷贝只是传递引用，不能复制实例

2.深度克隆

原型类

/**
 * @Description: 原型类
 * @Author: Ling.D.S
 * @Date: Created in 2018/11/8 20:25
 */
public class Person implements Cloneable{
    private String name;
    private int age;
    //朋友(复杂类型)
    private List<String> friends;
  
    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 List<String> getFriends() {
        return friends;
    }
  
    public void setFriends(List<String> friends) {
        this.friends = friends;
    }
  
    public Person clone(){
        try {
            //这个地方还是传递引用,克隆数值型的属性
            Person person = (Person) super.clone();
  
            //核心:为引用类型的成员变量创建新的实例，并且初始化为形式参数实例值。
            ArrayList<String> newFriends = new ArrayList<String>();
            for (String friend : this.getFriends()) {
                newFriends.add(friend);
            }
            person.setFriends(newFriends);
            return person;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            //抛出一个不支持克隆异常
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}