设计模式之原型模式

Posted 2023-02-04 lwx-apollo

概念原文

Specify the kinds of objects to create using a prototypical instance,and create new objects by copying this prototype.

概念翻译

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。

特点

• 性能优良：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。

优点与缺点

优点

• 性能提高
• 逃避构造函数的约束。

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。

应用场景

• 资源优化场景
• 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
• 性能和安全要求的场景
• 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
• 一个对象多个修改者的场景
• 一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用

项目或框架应用

• java中的Object中的clone方法

代码实现

实现代码

/**
 * The class used to be a prototype for students' scores .
 * Implements Cloneable interface and override clone method to clone prototype .
 * These properties set default value to check whether the value of properties can be cloned when the object is cloned .
 * @author luowenxing
 */
public class StudentScore implements Cloneable 

    private int math = 100;

    private int chinese = 100;

    private int english = 100;

    private String name;

    public void score() 
        System.out.println(name + "'s score are as follows : math-" + math + " ,chinese-" + chinese + " ,english-" + english + " .");
    

    @Override
    protected StudentScore clone() throws CloneNotSupportedException 
        System.out.println("Invoke clone .");
        return (StudentScore) super.clone();
    

    public void setMath(int math) 
        this.math = math;
    

    public void setChinese(int chinese) 
        this.chinese = chinese;
    

    public void setEnglish(int english) 
        this.english = english;
    

    public void setName(String name) 
        this.name = name;
    

测试

public class PrototypeTest 
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException 
        StudentScore jay = new StudentScore();
        jay.setName("Jay");
        jay.setChinese(95);
        jay.setEnglish(85);
        jay.setMath(100);
        jay.score();
        // clone object
        StudentScore tom = jay.clone();
        // clone object does not equals source object
        System.out.println(jay.equals(tom));
        // reset student's name, and does not set score
        tom.setName("Tom");
        tom.score();
    

测试结果

可以看出原型模式clone出的对象是不一样的，会重新申明一块内存空间，但是属性内容是一样的。

知识拓展

• Java 自带的原型模式基于内存二进制流的复制，不会调用构造函数。
• 浅拷贝和深拷贝：
  浅拷贝：Object类提供的方法clone只是拷贝本对象，其对象内部的数组、引用对象等都不拷贝，还是指向原生对象的内部元素地址，这种拷贝就叫做浅拷贝，其他的原始类型比如int、long、char、string（当做是原始类型）等都会被拷贝。
  注意：　使用原型模式时，引用的成员变量必须满足两个条件才不会被拷贝：一是类的成员变量，而不是方法内变量；二是必须是一个可变的引用对象，而不是一个原始类型或不可变对象。
  深拷贝：对私有的类变量进行独立的拷贝
  如：thing.arrayList = (ArrayList)this.arrayList.clone();

相关面试题

1. Q：什么是原型模式？
   A：见上述文章
2. Q：原型模式的特点
   A：见上述文章
3. Q：原型模式中的clone的对象内存地址分配一样吗？
   A：不一样