一、原型模式的定义与特点
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。它属于创建型
设计模式,用于创建重复的对象,同时又能保证性能(用这种方式创建对象非常高效)。
二、原型模式优点
- 性能优良:原型模式是在内存二进制流的拷贝,要比new一个对象性能好很多,特别是在一个循环体类产生大量对象的时候更加明显。
- 逃避构造函数的约束:这是优缺点共存的一点,直接在内存中拷贝,构造函数是不会执行的。
三、原型模式的使用场景
- 资源初始化场景:类初始化需要消耗非常多的资源的时候。
- 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和访问权限的时候。
- 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,而各个调用者可能都需要修改其值时考虑使用。
实际项目中原型模式很少单独出现,一般和工厂模式一起出现,通过clone方法创建一个对象,然后由工厂方法提供给调用者。
四、原型模式的结构与实现
由于 Java 提供了对象的 clone() 方法,所以用 Java 实现原型模式很简单,只需要实现Cloneable接口并重写clone()方法,简单程度仅次于单例模式和迭代器模式。
原型模式包含以下主要角色。
- 抽象原型类:规定了具体原型对象必须实现的接口。
- 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。
- 访问类:使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。
其结构图如图所示:
代码实现如下:
//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)); } }
结果如下:
具体原型创建成功! //此处构造方法在clone的时候并不会执行,因为对象是从内存以二进制流的方式进行拷贝,当然不会执行 具体原型复制成功! obj1==obj2?false //不是同一个对象
五、补充说明
1、构造方法clone时不会执行
构造方法在clone的时候并不会执行,因为对象是从内存以二进制流的方式进行拷贝,当然不会执行,如上例子中所示。
2、深拷贝、浅拷贝
如下代码,就是浅拷贝:
class Thing2 implements Cloneable { private ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(); @Override public Thing2 clone() { Thing2 thing = null; try { thing = (Thing2) super.clone(); } catch (CloneNotSupportedException e) { e.printStackTrace(); System.out.println("克隆失败"); } return thing; } public void setValue(String value) { this.list.add(value); } public ArrayList getValue() { return this.list; } } public class SimpleClone { public static void main(String[] args) { Thing2 thing = new Thing2(); thing.setValue("张三"); Thing2 cloneThing= thing.clone(); cloneThing.setValue("李四"); System.out.println(thing.getValue()); } }
测试结果输出为:
原始对象:[张三, 李四] 克隆对象:[张三, 李四]
原型模式克隆出来的对象应该是相互独立的,那么为什么会出现原始对象和克隆对象之间共享访问呢?
这是因为object类的clone方法只拷贝本对象,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,这种拷贝就是浅拷贝。两个对象共用一个私有变量。这是一种非常不安全的方式。
原始类型会被拷贝(int,double,long。。。),String类型也会被拷贝;数组、引用类型不会被拷贝。
使用原型类型时,引用的成员变量必须满足两个条件才不会被拷贝:
- 是类的成员变量,而不是方法内的变量
- 必须是一个可变的引用对象,而不是一个原始类型或者不可变对象(比如final)
如下为深拷贝:
class Thing1 implements Cloneable { private ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(); @Override public Thing1 clone() { Thing1 thing = null; try { thing = (Thing1) super.clone(); thing.list = (ArrayList) this.list.clone(); } catch (CloneNotSupportedException e) { e.printStackTrace(); System.out.println("克隆失败"); } return thing; } public void setValue(String value) { this.list.add(value); } public ArrayList getValue() { return this.list; } } public class DeepClone { public static void main(String[] args) { Thing1 thing = new Thing1(); thing.setValue("张三"); Thing1 cloneThing= thing.clone(); cloneThing.setValue("李四"); System.out.println("原始对象:"+thing.getValue()); System.out.println("克隆对象:"+cloneThing.getValue()); } }
输出结果为:
原始对象:[张三] 克隆对象:[张三, 李四]
注意:
- 深拷贝和浅拷贝要分开实现,不然会导致程序变得非常复杂
- 带有final类型的变量是不可以进行拷贝的,这样是无法实现深拷贝。
这是因为final关键字的特性
对于一个final变量,如果是基本数据类型的变量,则其数值一旦在初始化之后便不能更改;如果是引用类型的变量,则在对其初始化之后便不能再让其指向另一个对象。因此:要使用clone()方法,类的成员变量上不要增加final关键字。
3、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。其结构图如图所示:
代码如下:
import java.util.*; interface Shape extends Cloneable { public Object clone(); //拷贝 public void countArea(); //计算面积 } class Circle implements Shape { public Object clone() { Circle w=null; try { w=(Circle)super.clone(); } catch(CloneNotSupportedException e) { System.out.println("拷贝圆失败!"); } return w; } public void countArea() { int r=0; System.out.print("这是一个圆,请输入圆的半径:"); Scanner input=new Scanner(System.in); r=input.nextInt(); System.out.println("该圆的面积="+3.1415*r*r+"\n"); } } class Square implements Shape { public Object clone() { Square b=null; try { b=(Square)super.clone(); } catch(CloneNotSupportedException e) { System.out.println("拷贝正方形失败!"); } return b; } public void countArea() { int a=0; System.out.print("这是一个正方形,请输入它的边长:"); Scanner input=new Scanner(System.in); a=input.nextInt(); System.out.println("该正方形的面积="+a*a+"\n"); } } class ProtoTypeManager { private HashMap<String, Shape>ht=new HashMap<String,Shape>(); public ProtoTypeManager() { ht.put("Circle",new Circle()); ht.put("Square",new Square()); } public void addshape(String key,Shape obj) { ht.put(key,obj); } public Shape getShape(String key) { Shape temp=ht.get(key); return (Shape) temp.clone(); } } public class ProtoTypeShape { public static void main(String[] args) { ProtoTypeManager pm=new ProtoTypeManager(); Shape obj1=(Circle)pm.getShape("Circle"); obj1.countArea(); Shape obj2=(Shape)pm.getShape("Square"); obj2.countArea(); } }
测试结果为:
这是一个圆,请输入圆的半径:3 该圆的面积=28.2735 这是一个正方形,请输入它的边长:3 该正方形的面积=9
来源:https://www.cnblogs.com/jing99/p/12596288.html