Android 从原型模式看java实例化对象clone和new的区别

一、原型模式

原型模式(Prototype Pattern)是用于创建重复的对象,同时又能保证性能。这种类型的设计模式属于创建型模式,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。例如,一个对象需要在一个高代价的数据库操作之后被创建。我们可以缓存该对象,在下一个请求时返回它的克隆,在需要的时候更新数据库,以此来减少数据库调用。

1、原型模式举例(参考菜鸟教程)

public abstract class Shape implements Cloneable {

   private String id;
   protected String type;

   abstract void draw();

   public String getType(){
      return type;
   }

   public String getId() {
      return id;
   }

   public void setId(String id) {
      this.id = id;
   }

   public Object clone() {
      Object clone = null;
      try {
         clone = super.clone();
      } catch (CloneNotSupportedException e) {
         e.printStackTrace();
      }
      return clone;
   }
}

这是需要创建的类的基类(父类),必须实现Cloneable接口才能进行clone。

public class Square extends Shape {
 
   public Square(){
     type = "Square";
   }
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Square::draw() method.");
   }
}
public class Circle extends Shape {
 
   public Circle(){
     type = "Circle";
   }
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
   }
}

这个Square类就是我们需要大量重复使用的类,这里需要说明一点,如果你需要复用的类和这个Square一样简单,或者获取非常容易。请不要使用原型模式,如果类过于简单使用clone的效率反而会比new来的低。

import java.util.Hashtable;
 
public class ShapeCache {
    
   private static Hashtable<String, Shape> shapeMap 
      = new Hashtable<String, Shape>();
 
   public static Shape getShape(String shapeId) {
      Shape cachedShape = shapeMap.get(shapeId);
      return (Shape) cachedShape.clone();
   }
 
   // 对每种形状都运行数据库查询,并创建该形状
   // shapeMap.put(shapeKey, shape);
   // 例如,我们要添加两种形状
   public static void loadCache() {
      Circle circle = new Circle();
      circle.setId("1");
      shapeMap.put(circle.getId(),circle);
 
      Square square = new Square();
      square.setId("2");
      shapeMap.put(square.getId(),square);
   }
}

ShapeCache就是我们用来创建方法的工具类。loadCache先用new的方式创建了基本类,这个类是用来以后克隆使用的。

ShapeCache.loadCache();
 
Shape clonedShape = (Shape) ShapeCache.getShape("1");
System.out.println("Shape : " + clonedShape.getType());        
 
Shape clonedShape2 = (Shape) ShapeCache.getShape("2");
System.out.println("Shape : " + clonedShape2.getType()); 

以上是最终调用的方法,可以发现,我们获取的方法并不是new出来的也不是反射出来的而是clone出来的。

2、原型模式特点

优点: 1、性能提高。 2、逃避构造函数的约束。

缺点: 1、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。 2、必须实现 Cloneable 接口。

使用场景: 1、资源优化场景。 2、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。 3、性能和安全要求的场景。 4、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。 5、一个对象多个修改者的场景。

二、java实例化对象的方式

  1. new
  2. clone
  3. 反序列化
  4. 反射

java常见的实例化对象的方式就以上4中,在原型模式中我们使用了new和clone的方式,那我们就来对比一下这两个方式的区别吧。

1、new

new,这个方法我们再熟悉不过了,new一个实例时,java虚拟机先会调用类的加载,分别通过加载、连接、初始化、使用然后使用完之后卸载的过程,我们new一个类时也一样,jvm会去判断这个类是否已经加载过,如果加载过就会去开辟一段堆内存去创建类。然后调用构造方法之后实例化就会成功。new操作符的本意是分配内存。

程序执行到new操作符时, 首先去看new操作符后面的类型,因为知道了类型,才能知道要分配多大的内存空间。分配完内存之后,再调用构造函数,填充对象的各个域,这一步叫做对象的初始化,构造方法返回后,一个对象创建完毕,可以把他的引用(地址)发布到外部,在外部就可以使用这个引用操纵这个对象(当然,由于指令的重排序,发布对象可能在构造函数返回之前。

2、clone

clone在第一步是和new相似的, 都是分配内存,调用clone方法时,分配的内存和源对象(即调用clone方法的对象)相同,然后再使用源对象中对应的各个域,填充新对象的域, 填充完成之后,clone方法返回,一个新的相同的对象被创建,同样可以把这个新对象的引用发布到外部。

需要注意的是,和new不同,clone涉及到深拷贝和浅拷贝的问题

情报:

浅复制
  被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值,而所有的对其他对象的引用仍然指向原来的对象。换言之,浅复制仅仅复制所考虑的对象,而不复制它所引用的对象。

深复制
  被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值,除去那些引用其他对象的变量。那些引用其他对象的变量将指向被复制过的新对象,而不再是原有的那些被引用的对象。换言之,深复制把要复制的对象所引用的对象都复制了一遍。

java克隆需要注意的点

Java的clone()方法
⑴clone方法将对象复制了一份并返回给调用者。一般而言,clone()方法满足:
①对任何的对象x,都有x.clone() !=x//克隆对象与原对象不是同一个对象
②对任何的对象x,都有x.clone().getClass()= =x.getClass()//克隆对象与原对象的类型一样
③如果对象x的equals()方法定义恰当,那么x.clone().equals(x)应该成立。

⑵Java中对象的克隆
①为了获取对象的一份拷贝,我们可以利用Object类的clone()方法。
②在派生类中覆盖基类的clone()方法,并声明为public。
③在派生类的clone()方法中,调用super.clone()。
④在派生类中实现Cloneable接口。

继承自java.lang.Object类的clone()方法是浅复制

如果要实现深拷贝就需要手动实现clone方法。

	static class Body implements Cloneable {
		public Head head;

		public Body() {
		}

		public Body(Head head) {
			this.head = head;
		}

		@Override
		protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
			Body newBody = (Body) super.clone();
			newBody.head = (Head) head.clone();
			return newBody;
		}
	}

	static class Head implements Cloneable {
		public Face face;

		public Head() {
		}

		public Head(Face face) {
			this.face = face;
		}

		@Override
		protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
			return super.clone();
		}
	}

	static class Face implements Cloneable {
		public Face() {
		}
	}

上述代码参考)如果我们clone Body类A、B。A.head 和 B.head指向的内存地址不同,但是A.head.face 和 B.head.face指向的内存是一样的。

所以,实现clone是比较困难的,因为子子孙孙无穷尽也。所有的内部引用都需要单独重写clone方法。

三、总结

java的每一种实例化方法都有它不同的作用,new是最基础的加载,反射是获取该类的所有内容,clone可以减少CPU开支,序列化用来存储实例的状态,这个大家可以自行体会一下哦。

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