詳解設計模式 原型模式
阿新 • • 發佈：2020-06-24
原型模式
原型模式屬於建立型設計模式
定義： 用原型例項指定建立物件的種類，並且通過拷貝這些原型建立新的物件
原型模式通過克隆一個已經存在的物件例項來返回新的例項，而不是通過new去建立物件，多用於建立複雜的或者耗時的例項，因為這種情況下，複製一個已經存在的例項使程式執行更高效；
java中複製物件是通過重寫clone()實現的，原型類需要實現Cloneable介面，否則報CloneNotSupportedException異常
模式類圖
角色
- 抽象原型：Prototype，可以為介面或者抽象類，實現了
Cloneable介面，重寫了clone()方法，子類只需實現或整合即可擁有克隆功能 - 具體原型：PrototypeA，PrototypeB，實現/集成了Prototype介面的類，擁有克隆方法
- 工廠模式：原型模式常和工廠模式一起使用，通過 clone 的方法建立一個物件，然後由工廠方法提供給呼叫者
優點
- 效能優良，比new一個物件效能好很多
- 不受物件建構函式的約束
實現
原始碼地址：https://github.com/mingyuHub/design-patterns
以獲取筆物件為例子，結合工廠模式講解如何使用原型模式，涉及的類：Pen（抽象類），Pencil（鉛筆），CarbonPen（碳素筆），PenFactory（工廠類）
抽象原型
抽象類，實現了clone()
/**
* @author: chenmingyu
* @date: 2019/2/28 09:54
* @description: 抽象原型角色
*/
@Data
public abstract class Pen implements Cloneable{
private String name;
public Pen(String name) {
this.name = name;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super
}
}
複製程式碼具體原型
Pencil，繼承Pen
/**
* @author: chenmingyu
* @date: 2019/2/28 11:27
* @description: 鉛筆
*/
public Pencil extends Pen{
Pencilsuper(name);
}
}
複製程式碼CarbonPen，繼承了`Pen
/**
* @author: chenmingyu
* @date: 2019/2/28 11:29
* @description: 碳素筆
*/
CarbonPen extends CarbonPensuper(name);
}
}
複製程式碼工廠類
簡單工廠實現
/**
* @author: chenmingyu
* @date: 2019/2/28 11:32
* @description: 筆生產工廠
*/
PenFactory {
/**
* 原型類容器
*/
private static Map<String, Pen> penMap = new Hashtable<>();
/**
* 初始化
*/
static void init() {
Pen carbonPen = new CarbonPen("碳素筆");
penMap.put(CarbonPen.class.getName(),carbonPen);
Pen pencil = new Pencil("鉛筆");
penMap.put(Pencil.class.getName(),pencil);
}
/**
* 通過複製獲取例項
* @param className
* @return
* @throws CloneNotSupportedException
*/
static Pen getPen(Class className) throws CloneNotSupportedException{
Pen cachedShape = penMap.get(className.getName());
return (Pen) cachedShape.clone();
}
}
複製程式碼驗證
main(String[] args){
PenFactory.init();
IntStream.range(0,2).forEach(i->{
try {
System.out.println(PenFactory.getPen(CarbonPen.class).getClass());
System.out.println(PenFactory.getPen(Pencil.class).getClass());
System.out.println(" ... ");
}catch (CloneNotSupportedException e){
e.printStackTrace();
}
});
}
複製程式碼輸出
com.example.design.prototype.CarbonPen
class Pencil
...
Pencil
...
複製程式碼淺拷貝和深拷貝
淺拷貝：將一個物件複製後，基本型別會被重新建立，引用型別的物件會把引用拷貝過去，實際上還是指向的同一個物件
深拷貝：將一個物件複製後，基本型別和引用型別的物件都會被重新建立
淺拷貝
舉個例子
/**
* @author: chenmingyu
* @date: 2019/2/28 14:53
* @description: 克隆
*/
Clone private CloneA CloneA;
Clone() {
this.CloneA = new CloneA();
}
protected Clone return (Clone) super.clone();
}
CloneA{
}
}
複製程式碼驗證
(String[] args) throws CloneNotSupportedException{
Clone clone = new Clone();
Clone clone1 = clone.clone();
System.out.println(clone == clone1);
System.out.println(clone.getCloneA() == clone1.getCloneA());
}
複製程式碼輸出
false
true
複製程式碼所以clone()方法是執行的淺拷貝，這個需要在寫程式碼的時候注意一下，淺拷貝是否可以滿足需求
深拷貝
深拷貝的實現方案主要有兩種
- 引用型別也使用clone()，進行clone的時候，對引用型別在呼叫一次clone()方法
- 使用序列化，將物件序列化後在反序列化回來，得到新的物件例項
使用序列化實現以下
/**
* @author: chenmingyu
* @date: 2019/2/28 14:53
* @description: 淺克隆
*/
Cloneable ,Serializable {
super.clone();
}
/**
* 深拷貝
* @return
* @throws CloneNotSupportedException
*/
deepClonethrows CloneNotSupportedException {
Clone clone = null;
try{
ByteArrayOutputStream baos=new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos=new ObjectOutputStream(baos);
oos.writeObject(this);
oos.close();
ByteArrayInputStream bais=new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray());
ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(bais);
//生成新的物件例項
clone=(Clone)ois.readObject();
ois.close();
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
return clone;
}
CloneA Serializable{
}
}
複製程式碼驗證
new Clone();
Clone clone1 = clone.deepClone();
System.out.println(clone == clone1);
System.out.println(clone.getCloneA() == clone1.getCloneA());
}
複製程式碼輸出
false
複製程式碼在使用原型模式的時候一定要理解什麼是淺拷貝和深拷貝，才可以放心的使用原型模式，並且一般都會和工廠模式一起使用