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创建型_原型模式

原文:图解Java设计模式之原型模式

在有些系统中,存在大量相同或相似对象的创建问题,如果用传统的构造函数来创建对象,会比较复杂且耗时耗资源,用原型模式生成对象就很高效,就像孙悟空拔下猴毛轻轻一吹就变出很多孙悟空一样简单。

定义与特点

原型(Prototype)模式的定义如下: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。在这里,原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效,根本无须知道对象创建的细节。例如,Windows 操作系统的安装通常较耗时,如果复制就快了很多。在生活中复制的例子非常多,这里不一一列举了。

结构

https://gitee.com/lienhui68/picStore/raw/master/null/20200820161528.png

原型模式包含以下主要角色。

  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。

实现

原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆,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。其代码如下:

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//具体原型类
class Realizetype implements Cloneable
{
    Realizetype()
    {
        System.out.println("具体原型创建成功!");
    }
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException
    {
        System.out.println("具体原型复制成功!");
        return (Realizetype)super.clone();
    }
}
//原型模式的测试类
public class PrototypeTest
{
    public static void main(String[] args)throws CloneNotSupportedException
    {
        Realizetype obj1=new Realizetype();
        Realizetype obj2=(Realizetype)obj1.clone();
        System.out.println("obj1==obj2?"+(obj1==obj2));
    }
}
// 运行结果
具体原型创建成功
具体原型复制成功
obj1==obj2?false

应用实例

【例】用原型模式生成“三好学生”奖状。

分析:同一学校的“三好学生”奖状除了获奖人姓名不同,其他都相同,属于相似对象的复制,同样可以用原型模式创建,然后再做简单修改就可以了。图 4 所示是三好学生奖状生成器的结构图。

https://gitee.com/lienhui68/picStore/raw/master/null/20200825210112.png

程序代码如下:

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public class ProtoTypeCitation
{
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException
    {
        citation obj1=new citation("张三","同学:在2016学年第一学期中表现优秀,被评为三好学生。","韶关学院");
        obj1.display();
        citation obj2=(citation) obj1.clone();
        obj2.setName("李四"); 
        obj2.display();
    }
}
//奖状类
class citation implements Cloneable
{
    String name;
    String info;
    String college;
    citation(String name,String info,String college)
    {
        this.name=name;
        this.info=info;
        this.college=college;
        System.out.println("奖状创建成功!");
    }
    void setName(String name)
    {
        this.name=name;
    }
    String getName()
    {
        return(this.name);
    }
    void display()
    {
        System.out.println(name+info+college);
    }
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException
    {
        System.out.println("奖状拷贝成功!");
        return (citation)super.clone();
    }
}
// 运行结果
奖状创建成功
张三同学在2016学年第一学期中表现优秀被评为三好学生韶关学院
奖状拷贝成功
李四同学在2016学年第一学期中表现优秀被评为三好学生韶关学院

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。
  • 对象的创建过程比较麻烦,但复制比较简单的时候。

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。

https://gitee.com/lienhui68/picStore/raw/master/null/20200820161651.png

原型模式在Spring框架中源码分析

Spring中原型bean的创建,就是原型模式的应用

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else if (mbd.isPrototype()) {
  // It's a prototype -> create a new instance.
  Object prototypeInstance = null;
  try {
    beforePrototypeCreation(beanName);
    prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args);
  }
  finally {
    afterPrototypeCreation(beanName);
  }
  bean = getObjectForBeanInstance(prototypeInstance, name, beanName, mbd);
}

中规中矩,上来就直接创建,然后分befoew、createBean、after三个生命周期,对于具体实现提供充分的支持。

至于最后一句 getObjectForBeanInstance,如果上面创建的是一个普通bean则直接返回;如果创建的是一个BeanFactory的实例,则利用工厂实例创建新的bean,然后返回。

浅拷贝的介绍

  • 对于数据类型是基本数据类的成员变量,浅拷贝会直接进行值传递,也就是将该属性值复制一份给新的对象。
  • 对于数据类型是引用数据类型的成员变量,比如说成员变量是某个数组、某个类的对象等,那么浅拷贝会进行引用传递,也就是只是将该成员变量的引用值(内存地址)复制一份给新的对象。因为实际上两对象的该成员变量都指向同一个实例。在这种情况下,在一个对象中修改该成员变量会影响到另一个对象的该成员变量值
  • 前面的克隆羊是浅拷贝
  • 浅拷贝是使用默认的clone()方法来实现 sheep = (Sheep)supper.clone();

深拷贝的介绍

  • 复制对象的所有基本数据类型的成员变量值
  • 为所有引用数据类型的成员变量申请存储空间,并复制每个引用数据类型成员变量所引用的对象,直到该对象可达的所有对象。也就是说,对象进行深拷贝要对整个对象进行拷贝
  • 深拷贝实现方式1 :重写clone方法来实现深拷贝
  • 深拷贝实现方式2 :通过对象序列化实现深拷贝

原型模型的注意事项和细节

  • 创建新的对象比较复杂时,可以利用原型模式简化对象的创建过程,同时也能够提高效率
  • 不用重新初始化对象,而是动态地获得对象运行时的状态
  • 如果原始对象发生变化(增加或者减少属性),其它克隆对象的也会发生相应的变化,无需修改代码
  • 在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码
  • 缺点 : 需要为每一个类装配一个克隆方法,这对全新的类来说不是很难,但对已有的类进行改造时,需要修改其源代码,违背了ocp原则,这点需要注意。

总结

原型模式原理就是对象拷贝,而对象拷贝中分为浅拷贝和深拷贝。这个也是值得注意的问题。为了减少使用错误我认为都应该尽可能使用深拷贝,避免操作副本时影响原始对象的问题。

浅拷贝:仅仅复制基本类型的变量,而不复制引用类型的变量。 深拷贝:既复制基本类型的变量,也复制引用类型变量。