Java 设计模式之原型学习与掌握

Posted 2022-01-20 邹奇

文章目录

• 什么是原型
• 优点
• 缺点
• 模式结构与实现
• • 模式结构
  • 模式实现
• 应用实例
• 应用场景
• 原型模式的扩展

什么是原型

• 将一个对象作为原型，通过对其进行复制而克隆出多个和原型类似的新实例。

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优点

• 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。

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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。因此，深克隆、浅克隆需要运用得当。

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模式结构与实现

由于 Java 提供了对象的 clone() 方法，所以用 Java 实现原型模式相对简单。

模式结构

主要角色包含下面三个：

1. 抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的接口。
2. 具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。
3. 访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。

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模式实现

原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆。

• 浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。
• 深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址。

Java 中的 Object 类提供了浅克隆的 clone() 方法，具体原型类只要实现 Cloneable 接口就可实现对象的浅克隆，这里的 Cloneable 接口就是抽象原型类。

如下图：


同学们自己实践下。

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应用实例

【题】用原型模式生成“优秀员工”奖状。

访问类使用方法代码如下图：

具体原型类 GoodEmployee 如下：

package com.example.designmodedemo.principle.prototype.employee;

public class GoodEmployee implements Cloneable

    String name;
    String info;

    public GoodEmployee(String name, String info) 
        this.name = name;
        this.info = info;
        System.out.println(":> good employee");
    

    public String getName() 
        return name;
    

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

    public void display()
        System.out.println(":> " + name + " " + info);
    

    public Object clone() throws CloneNotSupportedException 
        System.out.println(":> clone success");
        return (GoodEmployee) super.clone();
    

运行结果如下：

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应用场景

原型模式通常适用于以下场景：

• 对象之间相同或相似，即只是个别的几个属性不同的时候。
• 创建对象成本较大，例如初始化时间长，占用 CPU 太多，或者占用网络资源太多等，需要优化资源。
• 创建一个对象需要繁琐的数据准备或访问权限等，需要提高性能或者提高安全性。
• 系统中大量使用该类对象，且各个调用者都需要给它的属性重新赋值。

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原型模式的扩展

• 原型模式可扩展为带原型管理器的原型模式，它在原型模式的基础上增加了一个原型管理器 PrototypeManager 类。该类用 HashMap 保存多个复制的原型，Client 类可以通过管理器的 get(String id) 方法从中获取复制的原型。

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技术永不眠！我们下期见！