設計模式（十六）原型模式

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設計模式系列

前言

公衆號有同窗留言設計模式，才發現很久沒有寫設計模式了。關於建立型設計模式只差原型模式沒寫了，這一篇就來填補這個空缺。

1.原型模式定義

原型模式定義

定義：用原型實例指定建立對象的種類，並經過拷貝這些原型建立新的對象。

原型模式UML圖

在原型模式中有以下角色：

• Client：客戶端角色。
• Prototype：抽象原型角色，抽象類或者接口，用來聲明clone方法。
• ConcretePrototype：具體的原型類，是客戶端角色使用的對象，即被複制的對象。

須要注意的是，Prototype一般是不用本身定義的，由於拷貝這個操做十分經常使用，Java中就提供了Cloneable接口來支持拷貝操做，它就是原型模式中的Prototype。固然，原型模式也未必非得去實現Cloneable接口，也有其餘的實現方式。

2.原型模式簡單實現

原型模式的核心是clone方法，經過該方法進行拷貝，這裏舉一個名片拷貝的例子。
如今已經流行電子名片了，只要掃一下就能夠將名片拷貝到本身的名片庫中， 咱們先實現名片類。

具體的原型類

public class BusinessCard implements Cloneable {
    private String name;
    private String company;
    public BusinessCard(){
        System.out.println("執行構造函數BusinessCard");
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public void setCompany(String company) {
        this.company = company;
    }
    @Override
    public BusinessCard clone() {
        BusinessCard businessCard = null;
        try {
            businessCard = (BusinessCard) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return businessCard;
    }
    public void show() {
        System.out.println("name:" + name);
        System.out.println("company:" + company);
    }
}複製代碼

BusinessCard類實現了Cloneable接口，它是一個標識接口，表示這個對象是可拷貝的，只要重寫clone方法就能夠實現拷貝。若是實現了Cloneable接口卻沒有重寫clone方法就會報錯。須要注意的是，clone方法不是在Cloneable接口中定義的（Cloneable接口中沒有定義任何方法），而是在Object中定義的。

客戶端調用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        BusinessCard businessCard = new BusinessCard();
        businessCard.setName("錢三");
        businessCard.setCompany("阿里");
        //拷貝名片
        BusinessCard cloneCard1 = businessCard.clone();
        cloneCard1.setName("趙四");
        cloneCard1.setCompany("百度");

        BusinessCard cloneCard2 = businessCard.clone();
        cloneCard2.setName("孫五");
        cloneCard2.setCompany("騰訊");

        businessCard.show();
        cloneCard1.show();
        cloneCard2.show();
    }
}複製代碼

除了第一個名片，其餘兩個名片都是經過clone方法獲得的，須要注意的是，clone方法並不會執行cloneCard1和cloneCard2的構造函數，運行結果爲：
執行構造函數BusinessCard
name:錢三
company:阿里
name:趙四
company:百度
name:孫五
company:騰訊

3.淺拷貝和深拷貝

原型模式涉及到淺拷貝和深拷貝的知識點，爲了更好的理解它們，還須要舉一些例子。

實現淺拷貝

上述的例子中，BusinessCard的字段都是String類型的，若是字段是引用的類型的，會出現什麼狀況呢？以下所示。

public class DeepBusinessCard implements Cloneable {
    private String name;
    private Company company = new Company();

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void setCompany(String name, String address) {
        this.company.setName(name);
        this.company.setAddress(address);
    }

    @Override
    public DeepBusinessCard clone() {
        DeepBusinessCard businessCard = null;
        try {
            businessCard = (DeepBusinessCard) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return businessCard;
    }

    public void show() {
        System.out.println("name:" + name);
        System.out.println("company:" + company.getName() + "-address-" + company.getAddress());
    }

}複製代碼

咱們定義了DeepBusinessCard 類，它的字段company是引用類型的，Company類以下所示。

public class Company {
    private String name;
    private String address;

    public String getAddress() {
        return address;
    }
    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }複製代碼

在客戶端使用DeepBusinessCard：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
       DeepBusinessCard businessCard=new DeepBusinessCard();
        businessCard.setName("錢三");
        businessCard.setCompany("阿里","北京望京");

        DeepBusinessCard cloneCard1=businessCard.clone();
        cloneCard1.setName("趙四");
        cloneCard1.setCompany("百度","北京西二旗");

        DeepBusinessCard cloneCard2=businessCard.clone();
        cloneCard2.setName("孫五");
        cloneCard2.setCompany("騰訊","北京中關村");

        businessCard.show();
        cloneCard1.show();
        cloneCard2.show();
    }
}複製代碼

運行結果爲：
name:錢三
company:騰訊-address-北京中關村
name:趙四
company:騰訊-address-北京中關村
name:孫五
company:騰訊-address-北京中關村

從結果能夠看出company字段爲最後設置的"騰訊"、"北京中關村"。這是由於Object類提供的clone方法，不會拷貝對象中的內部數組和引用對象，致使它們仍舊指向原來對象的內部元素地址，這種拷貝叫作淺拷貝。
company字段是引用類型，businessCard被拷貝後，company字段仍舊指向原來的businessCard對象的company字段的地址。這樣咱們每次設置company字段，都會覆蓋上一次設置的值，最終留下的就是最後一次設置的值："騰訊"、"北京中關村"。
引用關係以下圖所示。

這樣的引用關係顯然不符合需求，有多個對象能夠修改company，咱們應該將引用關係改成以下形式：

拷貝businessCard對象的同時，也將它內部的引用對象company進行拷貝，使得每一個拷貝的對象之間無任何關聯，都指向了自身對應的company，這種拷貝就是深拷貝。

實現深拷貝

首先須要修改Company類，以下所示。

public class Company implements Cloneable{
    private String name;
    private String address;
    ...
    public Company clone(){
        Company company=null;
        try {
            company= (Company) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return company;
    }
}複製代碼

爲了實現Company類能被拷貝，Company類也須要實現Cloneable接口而且覆寫clone方法。接着修改DeepBusinessCard的clone方法：

public class DeepBusinessCard implements Cloneable {
    private String name;
    private Company company = new Company();
    ...
    @Override
    public DeepBusinessCard clone() {
        DeepBusinessCard businessCard = null;
        try {
            businessCard = (DeepBusinessCard) super.clone();
            businessCard.company = this.company.clone();//1

        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return businessCard;
    }
  ...
}複製代碼

在註釋1處增長了對company字段的拷貝處理。最後在客戶端調用，輸出的結果爲：
name:錢三
company:阿里-address-北京望京
name:趙四
company:百度-address-北京西二旗
name:孫五
company:騰訊-address-北京中關村

4.原型模式的使用場景

• 若是類的初始化須要耗費較多的資源，那麼能夠經過原型拷貝避免這些消耗。
• 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。
• 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，能夠拷貝多個對象供調用者使用，即保護性拷貝。

5.原型模式的優缺點

優勢

原型模式是在內存中二進制流的拷貝，要比new一個對象的性能要好，特別是須要產生大量對象時。

缺點

直接在內存中拷貝，構造函數是不會執行的，這樣就減小了約束，這既是優勢也是缺點，須要在實際應用中去考量。

參考資料
《大話設計模式》
《設計模式之禪》
《Android源碼設計模式解析與實戰》

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