设计模式之禅之设计模式-原型模式

一：原型模式的定义

用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这些原型创建新的对象。

原型模式(Prototype Pattern)的简单程度仅次于单例模式和迭代器模式。正是由于简单,使用的场景才非常地多。

原型模式的核心是一个clone方法,通过该方法进行对象的拷贝,Java提供了一个Cloneable接口来标示这个对象是可拷贝的,为什么说是"标示"呢?翻开JDK的帮助看看Cloneable是一个方法都没有的,这个接口只是一个标记作用,在JVM中具有这个标记的对象才有可能被拷贝。那怎么才能从"有可能被拷贝"转换为"可以被拷贝"呢?方法是覆盖clone()方法,是的,你没有看错是重写clone()方法,看看我们上面Mail类中的clone方法.该方法重写了Object对象的方法

二：原型模式的优点

● 性能优良

原型模式是在内存二进制流的拷贝,要比直接new一个对象性能好很多,特别是要在一个循环体内产生大量的对象时,原型模式可以更好地体现其优点。

● 逃避构造函数的约束

这既是它的优点也是缺点,直接在内存中拷贝,构造函数是不会执行的(参见13.4节)。优点就是减少了约束,缺点也是减少了约束,需要大家在实际应用时考虑。

三：原型模式的应用场景

● 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。

在实际项目中,原型模式很少单独出现,一般是和工厂方法模式一起出现,通过clone的方法创建一个对象,然后由工厂方法提供给调用者。原型模式已经与Java融为一体,大家可以随手拿来使用。

四：原型模式的注意事项

构造函数不会被执行

注意浅拷贝。你可能会比较奇怪,为什么在Mail那个类中就可以使用String类型,而不会产生由浅拷贝带来的问题呢?内部的数组和引用对象才不拷贝,其他的原始类型比如int、long、char等都会被拷贝,但是对于String类型,Java就希望你把它认为是基本类型,它是没有clone方法的,处理机制也比较特殊,通过字符串池(stringpool)在需要的时候才在内存中创建新的字符串,读者在使用的时候就把String当做基本类使用即可。

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。

深拷贝还有一种实现方式就是通过自己写二进制流来操作对象,然后实现对象的深拷贝,这个大家有时间自己实现一下

深拷贝和浅拷贝建议不要混合使用,特别是在涉及类的继承时,父类有多个引用的情况就非常复杂,建议的方案是深拷贝和浅拷贝分开实现。

五：clone和fianl两个冤家

你要实现深拷贝的梦想在final关键字的威胁下破灭了,路总是有的,我们来想想怎么修改这个方法:删除掉final关键字,这是最便捷、安全、快速的方式

你要使用clone方法,在类的成员变量上就不要增加final关键字。

六：原型模式最佳实践

可以这样理解:一个对象的产生可以不由零起步,直接从一个已经具备一定雏形的对象克隆,然后再修改为生产需要的对象。也就是说,产生一个人,可以不从1岁长到2岁,再到3岁...也可以直接找一个人,从其身上获得DNA,然后克隆一个,直接修改一下就是30岁了!我们讲的原型模式也就是这样的功能

七：原型模式例子

【1】原型模式的模板

复制代码

package com.javagpt.design;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 深层次拷贝
 * （1）深拷贝还有一种实现方式就是通过自己写二进制流来操作对象,然后实现对象的深拷贝,这个大家有时间自己实现一下
 * （2）深拷贝和浅拷贝建议不要混合使用,特别是在涉及类的继承时,父类有多个引用的情况就非常复杂,建议的方案是深拷贝和浅拷贝分开实现。
 *
 * @author javagpt
 */
public class Thing2 implements Cloneable {
    private ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();


    @Override
    protected Thing2 clone() throws CloneNotSupportedException {
        Thing2 thing2 = null;
        thing2 = (Thing2) super.clone();
        thing2.list = (ArrayList<String>) this.list.clone();
        return thing2;
    }

    public List<String> getList() {
        return list;
    }

    public void setList(String a) {
        this.list.add(a);
    }

}

【2】浅拷贝

复制代码

package com.javagpt.design;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 浅拷贝
 *
 * @author javagpt
 * （1）JVM做了一个偷懒的拷贝动作,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
 * （2）非常不安全
 */
public class Thing implements Cloneable {

    private List<String> list = new ArrayList<String>();


    @Override


    protected Thing clone() throws CloneNotSupportedException {
        Thing thing = null;
        thing = (Thing) super.clone();
        return thing;
    }

    public List<String> getList() {
        return list;
    }

    public void setList(String a) {
        this.list.add(a);
    }

}

【3】深拷贝

复制代码

package com.javagpt.design;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 深层次拷贝
 * （1）深拷贝还有一种实现方式就是通过自己写二进制流来操作对象,然后实现对象的深拷贝,这个大家有时间自己实现一下
 * （2）深拷贝和浅拷贝建议不要混合使用,特别是在涉及类的继承时,父类有多个引用的情况就非常复杂,建议的方案是深拷贝和浅拷贝分开实现。
 *
 * @author javagpt
 */
public class Thing2 implements Cloneable {
    private ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();

    @Override
    protected Thing2 clone() throws CloneNotSupportedException {
        Thing2 thing2 = null;
        thing2 = (Thing2) super.clone();
        thing2.list = (ArrayList<String>) this.list.clone();
        return thing2;
    }

    public List<String> getList() {
        return list;
    }

    public void setList(String a) {
        this.list.add(a);
    }

}

【4】客户端测试

复制代码

package com.javagpt.design;

import java.util.List;


public class ClientTest {

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        //test01();
        //test02();
        test03();
    }

    /**
     * 原型模式：模板测试
     *
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    public static void test01() throws CloneNotSupportedException {
        Mail mail = new Mail("javagpt", "go smx", "emailtojavagpt", "javagpt@163.com");//ClientTest.main()com.javagpt.design.Mail@2a5330
        System.out.println("ClientTest.main()" + mail.toString());
        Mail mail2 = mail.clone();
        System.out.println("ClientTest.main()" + mail2.toString());//ClientTest.main()com.javagpt.design.Mail@18872380

    }

    /**
     * 原型模式：浅拷贝
     *
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    public static void test02() throws CloneNotSupportedException {
        Thing thing1 = new Thing();
        thing1.setList("小李");
        Thing thing2 = thing1.clone();
        thing1.setList("小张");
        List<String> t = thing1.getList();
        List<String> t2 = thing2.getList();
        for (int i = 0; i < t.size(); i++) {
            System.out.println("ClientTest.test02(t==>)" + t.get(i));
        }
        for (int i = 0; i < t2.size(); i++) {
            System.out.println("ClientTest.test02(t2==>)" + t2.get(i));
        }
        //ClientTest.test02(t==>)小李
        //ClientTest.test02(t==>)小张
        //ClientTest.test02(t2==>)小李
        //ClientTest.test02(t2==>)小张
    }

    /**
     * 原型模式：深拷贝
     *
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    public static void test03() throws CloneNotSupportedException {
        Thing2 thing2a = new Thing2();
        thing2a.setList("小李");
        Thing2 thing2b = thing2a.clone();
        thing2a.setList("小张");
        List<String> t = thing2a.getList();
        List<String> t2 = thing2b.getList();
        for (int i = 0; i < t.size(); i++) {
            System.out.println("ClientTest.test02(t==>)" + t.get(i));
        }
        for (int i = 0; i < t2.size(); i++) {
            System.out.println("ClientTest.test02(t2==>)" + t2.get(i));
        }
        //ClientTest.test02(t==>)小李
        //ClientTest.test02(t==>)小张
        //ClientTest.test02(t2==>)小李
    }
}