設計模式——原型模式

原創

小地盘

2020-02-21 07:22

定義：用原型實例指定創建對象的種類，並通過拷貝這些原型創建新的對象。

類型：創建類模式

類圖：

　　原型模式主要用於對象的複製，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：
　　１.實現Cloneable接口。在java語言有一個Cloneable接口，它的作用只有一個，就是在運行時通知虛擬機可以安全地在實現了此接口的類上使用clone方法。在java虛擬機中，只有實現了這個接口的類纔可以被拷貝，否則在運行時會拋出CloneNotSupportedException異常。
　　２.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，作用是返回對象的一個拷貝，但是其作用域protected類型的，一般的類無法調用，因此，Prototype類需要將clone方法的作用域修改爲public類型。
　　
　　原型模式是一種比較簡單的模式，也非常容易理解，實現一個接口，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。經常與其他模式混用，他的原型類Prototype也常用抽象類來替代。

實現代碼：

    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("原型模式實現類");  
        }  
    }  

    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();  
            }  
        }  
    }

原型模式的優點及適用場景
　　使用原型模式創建對象比直接new一個對象在性能上要好的多，因爲Object類的clone方法是一個本地方法，它直接操作內存中的二進制流，特別是複製大對象時，性能的差別非常明顯。
　　使用原型模式的另一個好處是簡化對象的創建，使得創建對象就像我們在編輯文檔時的複製粘貼一樣簡單。
　　因爲以上優點，所以在需要重複地創建相似對象時可以考慮使用原型模式。比如需要在一個循環體內創建對象，假如對象創建過程比較複雜或者循環次數很多的話，使用原型模式不但可以簡化創建過程，而且可以使系統的整體性能提高很多。

原型模式的注意事項
　　１.使用原型模式複製對象不會調用類的構造方法。因爲對象的複製是通過調用Object類的clone方法來完成的，它直接在內存中複製數據，因此不會調用到類的構造方法。不但構造方法中的代碼不會執行，甚至連訪問權限都對原型模式無效。還記得單例模式嗎？單例模式中，只要將構造方法的訪問權限設置爲private型，就可以實現單例。但是clone方法直接無視構造方法的權限，所以，單例模式與原型模式是衝突的，在使用時要特別注意。
　　2.深拷貝與淺拷貝。Object類的clone方法只會拷貝對象中的基本的數據類型，對於數組、容器對象、引用對象等都不會拷貝，這就是淺拷貝。如果要實現深拷貝，必須將原型模式中的數組、容器對象、引用對象等另行拷貝。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;   
    }  
}

由於ArrayList不是基本類型，所以成員變量list，不會被拷貝，需要我們自己實現深拷貝，幸運的是java提供的大部分的容器類都實現了Cloneable接口。所以實現深拷貝並不是特別困難。

PS：深拷貝與淺拷貝問題中，會發生深拷貝的有java中的8中基本類型以及他們的封裝類型，另外還有String類型。其餘的都是淺拷貝。

淺拷貝
被拷貝對象的所有變量都含有與原對象相同的值，而且對其他對象的引用仍然是指向原來的對象。即淺拷貝只負責當前對象實例，對引用的對象不做拷貝。
淺複製後的對象和對象副本的情況：

深拷貝
被拷貝對象的所有的變量都含有與原來對象相同的值，除了那些引用其他對象的變量。那些引用其他對象的變量將指向一個被拷貝的新對象，而不再是原有那些被引用對象。即深拷貝把要拷貝的對象所引用的對象也都拷貝了一次，而這種對被引用到的對象拷貝叫做間接拷貝。
深複製的對象和對象副本的情況：

深拷貝要深入到多少層，是一個不確定的問題。
在決定以深拷貝的方式拷貝一個對象的時候，必須決定對間接拷貝的對象是採取淺拷貝還是深拷貝還是繼續採用深拷貝。
因此，在採取深拷貝時，需要決定多深纔算深。此外，在深拷貝的過程中，很可能會出現循環引用的問題。