23种设计模式(5):原型模式

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:

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。

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();
		}
	}
}

原型模式的优点及适用场景

使用原型模式创建对象比直接new一个对象在性能上要好的多,因为Object类的clone方法是一个本地方法,它直接操作内存中的二进制流,特别是复制大对象时,性能的差别非常明显。

使用原型模式的另一个好处是简化对象的创建,使得创建对象就像我们在编辑文档时的复制粘贴一样简单。

因为以上优点,所以在需要重复地创建相似对象时可以考虑使用原型模式。比如需要在一个循环体内创建对象,假如对象创建过程比较复杂或者循环次数很多的话,使用原型模式不但可以简化创建过程,而且可以使系统的整体性能提高很多。

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。



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