设计模式原型模式

Posted 2023-02-17 Kant101

1. 概述

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。
 
意图：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。

 

2. UML图

原型模式的核心就是原型类 ProtoType，ProtoType 类需要具备以下两个条件：

• (1) 实现 Cloneable 接口：在 Java 中 Cloneable 接口的作用就是在运行时通知虚拟机可以安全地在实现了 Cloneable 接口的类上使用 clone() 方法，只有在实现了 Cloneable 接口的类才可以被拷贝，否则在运行时会抛出 CloneNotSupportedException 异常；
• (2) 重写 Object 类中的 clone() 方法：在 Java 中所有的父类都是 Object，Object中有一个 clone() 方法用于返回对象的拷贝，但是其作用域是 protected，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；

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，它的原型类Prototype 也常用抽象类来替代。

 

3. 代码与测试

Prototype

package com.design.pattern.prototype;

/**
 * @author albert.tan
 * @date 2022/11/23
 */
public abstract class Prototype implements Cloneable 

    protected OtherObject otherObject = new OtherObject(123456789L);

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

    public abstract void show();

OtherObject

package com.design.pattern.prototype;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;

/**
 * @author albert.tan
 * @date 2022/11/23
 */
@Data
@AllArgsConstructor
public class OtherObject implements Cloneable 

    private Long id;

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

ConcretePrototype

package com.design.pattern.prototype;

/**
 * @author albert.tan
 * @date 2022/11/23
 */
public class ShallowClone extends Prototype 

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException 
        Prototype prototype = null;
        try 
            prototype = (Prototype) super.clone();
         catch (CloneNotSupportedException e) 
            e.printStackTrace();
        
        return prototype;
    

    @Override
    public void show() 
        System.out.println("浅克隆");
    

package com.design.pattern.prototype;


/**
 * @author albert.tan
 * @date 2022/11/23
 */
public class DeepClone extends Prototype 

    @SuppressWarnings("unchecked")
    @Override
    protected Prototype clone() throws CloneNotSupportedException 
        Prototype prototype = null;
        try 
            prototype = (Prototype) super.clone();
         catch (CloneNotSupportedException e) 
            e.printStackTrace();
        
        if (prototype == null) return null;
        // 递归调用 clone() 方法克隆 Prototype 中的引用类成员
        prototype.otherObject = (OtherObject) this.otherObject.clone();
        return prototype;
    

    @Override
    public void show() 
        System.out.println("深克隆");
    

测试

package com.design.pattern.prototype;

/**
 * @author albert.tan
 * @date 2022/11/23
 */
public class Client 
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException 
        ShallowClone obj1 = new ShallowClone();
        ShallowClone obj2 = (ShallowClone) obj1.clone();
        System.out.println("obj1 == obj2? " + (obj1 == obj2));
        obj2.show();
        System.out.println(obj1.otherObject == obj2.otherObject);

        System.out.println("========================");

        DeepClone obj3 = new DeepClone();
        DeepClone obj4 = (DeepClone) obj3.clone();
        System.out.println("obj3 == obj4? " + (obj3 == obj4));
        obj4.show();
        System.out.println(obj3.otherObject == obj4.otherObject);
    

 

 

4. 运用场景与注意事项

优点与适用场景

(1) 原型模式比 new 方法创建对象的性能要好得多，因为 Object 类的 clone() 方法是一个本地方法，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；

(2) 简化对象的创建
所以原型模式适合在重复地创建相似对象的场景使用，比如在一个循环体内创建对象，加入对象创建过程比较复杂或者循环次数很多的话，使用原型模式补单可以简化创建过程，而且也可以提升系统的整体性能。

 
注意事项

(1) 使用原型模式复制对象不会调用类的构造函数，对象是通过调用 Object 类的 clone() 方法来完成的，它直接在内存中复制数据。补单构造函数不会执行，甚至连访问权限都对原型模式无效。单例模式中，需要将构造函数的访问权限设置为 private，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冲突，在使用时需要注意；

(2) 深拷贝与浅拷贝。Object 类的 clone() 方法只会拷贝对象中的基本数据类型（8种基本数据类型: byte, char, short, int, long, float, double, boolean 和 对应的封装类），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。

• 浅拷贝：只克隆对象中的基本数据类型，而不会克隆数组、容器、引用对象等。换言之，浅拷贝仅仅复制所拷贝的对象，而不复制它所引用的对象。如果变量为 String 字符串，则拷贝其引用地址，但是在修改的时候，它会从字符串常量池生成一个新的字符串，原有的字符串对象保持不变；
• 深考本：把要拷贝的对象所引用的对象都克隆一遍。

 

参考文献

[1] https://blog.csdn.net/a745233700/article/details/83625951