设计模式——2、原型模式

秒速五厘米 2022-10-26 01:29 128阅读 0赞

在有些系统中，存在大量**相同或相似对象的创建问题**，如果用传统的构造函数来创建对象，会比较复杂且耗时耗资源，用原型模式生成对象就很高效，就像孙悟空拔下猴毛轻轻一吹就变出很多孙悟空一样简单。

## 原型模式的定义与特点 ##

原型（Prototype）模式的定义如下：**用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象**。在这里，原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效，根本无须知道对象创建的细节。例如，Windows 操作系统的安装通常较耗时，如果复制就快了很多。在生活中复制的例子非常多，这里不一一列举了。

原型模式的优点：

*  [Java][] 自带的原型模式**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。
 *  可以使用**深克隆方式保存对象的状态**，使用原型模式将对象复制一份，并将其状态保存起来，简化了创建对象的过程，以便在需要的时候使用（例如恢复到历史某一状态），可辅助实现撤销操作。

原型模式的缺点：

*  需要为每一个类都配置一个 **clone** 方法
 *  clone 方法位于类的内部，当对已有类进行改造的时候，需要修改代码，违背了**开闭原则**。
 *  当实现深克隆时，需要编写较为复杂的代码，而且当对象之间存在多重嵌套引用时，**为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支持深克隆**，实现起来会比较麻烦。因此，深克隆、浅克隆需要运用得当。

## 原型模式的结构与实现 ##

由于 Java 提供了对象的 clone() 方法，所以用 Java 实现原型模式很简单。

1. 模式的结构

原型模式包含以下主要角色。

1.  **抽象原型类**：规定了具体原型对象必须实现的接口。
2.  **具体原型类**：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。
3.  **访问类**：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。

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2. 模式的实现

原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆。

*  **浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。**
 *  **深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址。**

***Java 中的 Object 类提供了浅克隆的 clone() 方法，具体原型类只要实现 Cloneable 接口就可实现对象的浅克隆，这里的 Cloneable 接口就是抽象原型类。***其代码如下：

//具体原型类
    class Realizetype implements Cloneable {
        Realizetype() {
            System.out.println("具体原型创建成功！");
        }
        public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
            System.out.println("具体原型复制成功！");
            return (Realizetype) super.clone();
        }
    }
    //原型模式的测试类
    public class PrototypeTest {
        public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
            Realizetype obj1 = new Realizetype();
            Realizetype obj2 = (Realizetype) obj1.clone();
            System.out.println("obj1==obj2?" + (obj1 == obj2));
        }
    }

程序的运行结果如下：

具体原型创建成功！
    具体原型复制成功！
    obj1==obj2?false

public class ProtoTypeCitation {
        public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
            citation obj1 = new citation("张三", "同学：在2016学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。", "韶关学院");
            obj1.display();
            citation obj2 = (citation) obj1.clone();
            obj2.setName("李四");
            obj2.display();
        }
    }
    //奖状类
    class citation implements Cloneable {
        String name;
        String info;
        String college;
        citation(String name, String info, String college) {
            this.name = name;
            this.info = info;
            this.college = college;
            System.out.println("奖状创建成功！");
        }
        void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
        String getName() {
            return (this.name);
        }
        void display() {
            System.out.println(name + info + college);
        }
        public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
            System.out.println("奖状拷贝成功！");
            return (citation) super.clone();
        }
    }

程序运行结果如下：

奖状创建成功！
    张三同学：在2016学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。韶关学院
    奖状拷贝成功！
    李四同学：在2016学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。韶关学院

由此可知：克隆并不会初始化对象调用构造函数。

## 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。
 *  创建对象成本较大，例如初始化时间长，占用CPU太多，或者占用网络资源太多等，需要优化资源。
 *  创建一个对象需要繁琐的数据准备或访问权限等，需要提高性能或者提高安全性。
 *  系统中大量使用该类对象，且各个调用者都需要给它的属性重新赋值。

在 [Spring][] 中，原型模式应用的非常广泛，例如 scope='prototype'、JSON.parseObject() 等都是原型模式的具体应用。

[Java]: http://c.biancheng.net/java/
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[Spring]: http://c.biancheng.net/spring/