設計模式 - 原型模式

原型模式

原型模式（Prototype Pattern）是用於建立重複的對象，同時又能保證性能。這種類型的設計模式屬於建立型模式，它提供了一種建立對象的最佳方式。

這種模式是實現了一個原型接口，該接口用於建立當前對象的克隆。當直接建立對象的代價比較大時，則採用這種模式。例如，一個對象須要在一個高代價的數據庫操做以後被建立。咱們能夠緩存該對象，在下一個請求時返回它的克隆，在須要的時候更新數據庫，以此來減小數據庫調用。

介紹

意圖：用原型實例指定建立對象的種類，而且經過拷貝這些原型建立新的對象。

主要解決：在運行期創建和刪除原型。

什麼時候使用： 一、當一個系統應該獨立於它的產品建立，構成和表示時。 二、當要實例化的類是在運行時刻指定時，例如，經過動態裝載。 三、爲了不建立一個與產品類層次平行的工廠類層次時。 四、當一個類的實例只能有幾個不一樣狀態組合中的一種時。創建相應數目的原型並克隆它們可能比每次用合適的狀態手工實例化該類更方便一些。

如何解決：利用已有的一個原型對象，快速地生成和原型對象同樣的實例。

關鍵代碼： 一、實現克隆操做，在 JAVA 繼承 Cloneable，重寫 clone()，在 .NET 中可使用 Object 類的 MemberwiseClone() 方法來實現對象的淺拷貝或經過序列化的方式來實現深拷貝。 二、原型模式一樣用於隔離類對象的使用者和具體類型（易變類）之間的耦合關係，它一樣要求這些"易變類"擁有穩定的接口。

應用實例： 一、細胞分裂。 二、JAVA 中的 Object clone() 方法。

優勢： 一、性能提升。 二、逃避構造函數的約束。

缺點： 一、配備克隆方法須要對類的功能進行通盤考慮，這對於全新的類不是很難，但對於已有的類不必定很容易，特別當一個類引用不支持串行化的間接對象，或者引用含有循環結構的時候。 二、必須實現 Cloneable 接口。

使用場景： 一、資源優化場景。 二、類初始化須要消化很是多的資源，這個資源包括數據、硬件資源等。 三、性能和安全要求的場景。 四、經過 new 產生一個對象須要很是繁瑣的數據準備或訪問權限，則可使用原型模式。 五、一個對象多個修改者的場景。 六、一個對象須要提供給其餘對象訪問，並且各個調用者可能都須要修改其值時，能夠考慮使用原型模式拷貝多個對象供調用者使用。 七、在實際項目中，原型模式不多單獨出現，通常是和工廠方法模式一塊兒出現，經過 clone 的方法建立一個對象，而後由工廠方法提供給調用者。原型模式已經與 Java 融爲渾然一體，你們能夠隨手拿來使用。

注意事項：與經過對一個類進行實例化來構造新對象不一樣的是，原型模式是經過拷貝一個現有對象生成新對象的。淺拷貝實現 Cloneable，重寫，深拷貝是經過實現 Serializable 讀取二進制流。

實現

咱們將建立一個抽象類 Shape 和擴展了 Shape 類的實體類。下一步是定義類 ShapeCache，該類把 shape 對象存儲在一個 Hashtable 中，並在請求的時候返回它們的克隆。

PrototypPatternDemo，咱們的演示類使用 ShapeCache 類來獲取 Shape 對象。

步驟 1

建立一個實現了 Clonable 接口的抽象類。

Shape.java

public abstract class Shape implements Cloneable {
   
   private String id;
   protected String type;
   
   abstract void draw();
   
   public String getType(){
      return type;
   }
   
   public String getId() {
      return id;
   }
   
   public void setId(String id) {
      this.id = id;
   }
   
   public Object clone() {
      Object clone = null;
      try {
         clone = super.clone();
      } catch (CloneNotSupportedException e) {
         e.printStackTrace();
      }
      return clone;
   }
}

步驟 2

建立擴展了上面抽象類的實體類。

Rectangle.java

public class Rectangle extends Shape {

   public Rectangle(){
     type = "Rectangle";
   }

   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
   }
}

Square.java

public class Square extends Shape {

   public Square(){
     type = "Square";
   }

   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Square::draw() method.");
   }
}

Circle.java

public class Circle extends Shape {

   public Circle(){
     type = "Circle";
   }

   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
   }
}

步驟 3

建立一個類，從數據庫獲取實體類，並把它們存儲在一個 Hashtable 中。

ShapeCache.java

import java.util.Hashtable;

public class ShapeCache {
    
   private static Hashtable<String, Shape> shapeMap 
      = new Hashtable<String, Shape>();

   public static Shape getShape(String shapeId) {
      Shape cachedShape = shapeMap.get(shapeId);
      return (Shape) cachedShape.clone();
   }

   // 對每種形狀都運行數據庫查詢，並建立該形狀
   // shapeMap.put(shapeKey, shape);
   // 例如，咱們要添加三種形狀
   public static void loadCache() {
      Circle circle = new Circle();
      circle.setId("1");
      shapeMap.put(circle.getId(),circle);

      Square square = new Square();
      square.setId("2");
      shapeMap.put(square.getId(),square);

      Rectangle rectangle = new Rectangle();
      rectangle.setId("3");
      shapeMap.put(rectangle.getId(),rectangle);
   }
}

步驟 4

PrototypePatternDemo 使用 ShapeCache 類來獲取存儲在 Hashtable 中的形狀的克隆。

PrototypePatternDemo.java

public class PrototypePatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
      ShapeCache.loadCache();

      Shape clonedShape = (Shape) ShapeCache.getShape("1");
      System.out.println("Shape : " + clonedShape.getType());        

      Shape clonedShape2 = (Shape) ShapeCache.getShape("2");
      System.out.println("Shape : " + clonedShape2.getType());        

      Shape clonedShape3 = (Shape) ShapeCache.getShape("3");
      System.out.println("Shape : " + clonedShape3.getType());        
   }
}

步驟 5

驗證輸出。

Shape : Circle
Shape : Square
Shape : Rectangle