Java设计模式----原型模式

Posted 2021-02-12 reupe

细胞的有丝分裂会产生两个基因相同的细胞，基因相同就表示它们一模一样。这一过程很像代码设计中的一个设计模式，即原型模式。

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1.原型模式

原型模式(Prototype Pattern)，就是以一个现有的对象为原型，克隆出一个或多个一模一样的对象。

原型模式的UML类图：

 

• Prototype（抽象原型类）： 具体原型的父类，也可以是具体原型对象，提供克隆方法的接口；
• ConcretePrototype（具体原型类）: 实现父类中声明的克隆方法，并返回自己的一个克隆对象；
• Client（客户端）：让一个原型对象克隆自身以创建一个新的对象。

 

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2.代码实现

2.1 通用形式

Java中所有类都继承自Object, Object类中提供了Object clone()方法，Java中，只要实现了Cloneable接口的对象就可以通过clone()方法克隆自身，一般地，原型模式如下代码所示:

abstract class Prototype implements Cloneable {
    public Prototype clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Prototype) super.clone();
    }
}

class ConcretePrototype1 extends Prototype {
    @Override
    public Prototype clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (ConcretePrototype1)super.clone();
    }
}
class ConcretePrototype2 extends Prototype {
    @Override
    public Prototype clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (ConcretePrototype2)super.clone();
    }
}

 

客户端调用Prototype的克隆方法：

public class ProtoTypeDemo1 {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Prototype proto = new ConcretePrototype1();
        Prototype clone1 = proto.clone();
        Prototype clone2 = proto.clone();
        System.out.println(proto);
        System.out.println(clone1);
        System.out.println(clone2);
    }
}

 

输出

blog.design.prototype.ConcretePrototype1@610455d6
blog.design.prototype.ConcretePrototype1@511d50c0
blog.design.prototype.ConcretePrototype1@60e53b93

可以看到，我以proto对象为原型，克隆出了两个新的对象，它们在内存中的地址不同。

 

2.2 浅拷贝和深拷贝

尽管Java中，clone()方法使用起来十分简便，但是需要注意的是，Object.clone()方法，默认的是浅拷贝(Shallow copy)，即不会克隆原型对象中的引用变量所指向的对象；相反地，深拷贝(Deep copy)，就是可以克隆原型对象中的引用变量所指向的对象。

浅拷贝与深拷贝图示：

 

浅拷贝就是直接把原型中的引用复制给了克隆对象，克隆对象和原型中引用类型的成员变量指向相同的堆内存地址；

深拷贝则是将原型的引用类型成员也克隆一份放到新的内存中。

通常，深拷贝需要程序员自己实现，原型的成员变量所指向的对象，可能还包含其它的引用类型的成员变量，不可能将这一连串的对象都拷贝，一般来说，只需要拷贝到业务所需要的层数即可。

  

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3.总结

总之， 使用原型模式可以：

• 减少使用new关键字而产生的大量开销，
• 提升创建对象的效率。

特别是对于需要大量准备工作才能调用new来创建对象的场景下，使用原型模式能更加高效。

通常，原型模式也可以和工厂模式和单例模式结合起来使用，工厂根据单例对象，来克隆出一模一样的新的对象，客户端通过工厂方法获取克隆对象。

此外，组合模式、装饰器模式也可以应用原型模式使结构够高效，因为它们都涉及到创建多个大体上一模一样的对象。