設計模式 —— 原型模式

鐵鏽的秀發表於2019-03-14
設計模式原型

簡介

瞭解原型模式前，我們先來了解下Java提供兩種克隆方式：

  • 淺克隆：被克隆物件的所有變數都含有與原來的物件相同的值，而它所有的對其他物件的引用都仍然指向原來的物件。換一種說法就是淺克隆僅僅克隆所考慮的物件，而不克隆它所引用的物件。
  • 深克隆：被克隆物件的所有變數都含有與原來的物件相同的值，但它所有的對其他物件的引用不再是原有的，而這是指向被複制過的新物件。換言之，深複製把要複製的物件的所有引用的物件都複製了一遍，這種叫做間接複製。

原型模式（Prototype Pattern）是用於建立重複的物件，同時又能保證效能。用原型例項指定建立物件的種類，並通過拷貝這些原型建立新的物件。

例項

原型模式包含如下角色：

  1. Prototype：原型（實現 Cloneable 介面）。
  2. Concrete Prototype：具體原型，被複制的物件。此角色需要實現抽象的原型角色所要求的介面。
  3. Client：客戶類
public class Prototype implements Cloneable {
    @Override
    protected Prototype clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Prototype) super.clone();
    }
}
複製程式碼
public class ConcretePrototype extends Prototype {
    public void print() {
        System.out.println("原型模式實現類，hashCode：" + this.hashCode());
    }
}
複製程式碼
public class Client {
    @Test
    public void test() throws CloneNotSupportedException {
        ConcretePrototype prototype = new ConcretePrototype();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            ConcretePrototype clonecp = (ConcretePrototype) prototype.clone();
            clonecp.print();
        }
    }
}
複製程式碼

輸出結果：

原型模式實現類，hashCode：574568002
原型模式實現類，hashCode：952486988
原型模式實現類，hashCode：932285561
原型模式實現類，hashCode：2028555727
原型模式實現類，hashCode：591391158
原型模式實現類，hashCode：898557489
原型模式實現類，hashCode：247944893
原型模式實現類，hashCode：1014166943
原型模式實現類，hashCode：1625082366
原型模式實現類，hashCode：572593338
複製程式碼

類圖

原型模式

原型模式主要用於物件的複製，它的核心是就是類圖中的原型類Prototype。Prototype類需要具備以下兩個條件：

  • 在java語言有一個Cloneable介面，它的作用只有一個，就是在執行時通知虛擬機器可以安全地在實現了此介面的類上使用clone方法。在java虛擬機器中，只有實現了這個介面的類才可以被拷貝，否則在執行時會丟擲CloneNotSupportedException異常。
  • 重寫Object類中的clone方法。Java中，所有類的父類都是Object類，Object類中有一個clone方法，作用是返回物件的一個拷貝，但是其作用域protected型別的，一般的類無法呼叫，因此，Prototype類需要將clone方法的作用域修改為public型別。

優點

  1. 建立物件效能好。使用原型模式建立物件比直接new一個物件在效能上要好的多，因為Object類的clone方法是一個本地方法，它直接操作記憶體中的二進位制流，特別是複製大物件時，效能的差別非常明顯。

  2. 簡化物件的建立。

缺點

  1. 需要為每一個類配備一個克隆方法，而且該克隆方法位於一個類的內部，當對已有的類進行改造時違背“開閉原則”。

  2. 在實現深克隆時需要編寫較為複雜的程式碼，而且當物件之間存在多重的巢狀引用時，為了實現深克隆，每一層物件對應的類都必須支援深克隆比較麻煩。

適用場景

需要重複地建立相似物件時可以考慮使用原型模式。比如需要在一個迴圈體內建立物件，假如物件建立過程比較複雜或者迴圈次數很多的話，使用原型模式不但可以簡化建立過程，而且可以使系統的整體效能提高很多。

總結

原型模式是一種比較簡單的模式，也非常容易理解，實現一個介面，重寫一個方法即完成了原型模式。在實際應用中，原型模式很少單獨出現。而且需要注意因為物件的複製是通過呼叫Object類的clone方法來完成的，它直接在記憶體中複製資料，因此不會呼叫到類的構造方法。所以，單例模式與原型模式是衝突的，在使用時要特別注意。

深拷貝與淺拷貝問題中，會發生深拷貝的有java中的8中基本型別以及他們的封裝型別，另外還有String型別。其餘的都是淺拷貝。

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