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原型模式

分类: 文章 • 2024-01-15 21:45:34

1.定义：

用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制（克隆）这些原型创建对象。

2.类图：

原型模式

关键点：

 

  • ProtoType（抽象原型类）：它是声明clone方法的接口，是所有具体原型类的公共父类，可以是抽象类也可以是接口，甚至还可以是实现类。
  • ConcreteProtoType（具体原型类）：它实现抽象原型类中的clone方法，在方法中返回自己的一个克隆对象。
  • Client（客户类）：让一个原型对象克隆自身从而创建一个全新的对象。

     原型模式主要用于对象的复制，使用场景如下：1.构造函数非常复杂；2.通过new产生一个对象需要非常繁琐的数据准备。

它的核心是ProtoType类，该类需要具备以下条件：

  • 实现Cloneable接口。在java语言有一个Cloneable接口，它的作用只有一个，就是在运行时通知虚拟机可以安全地在实现了此接口的类上使用clone方法。在java虚拟机中，只有实现了这个接口的类才可以被拷贝，否则在运行时会抛出CloneNotSupportedException异常。
  • 重写Object类中的clone方法。Java中，所有类的父类都是Object类，Object类中有一个clone方法，作用是返回对象的一个拷贝，但是其作用域protected类型的，一般的类无法调用，因此Prototype类需要将clone方法的作用域修改为public类型。

3.代码实例

假设原型为一个Student

package com.zlfan.clone;

import java.util.Arrays;

public class StudentProtoType implements Cloneable{
	
	private String name;
	private int age;
	private String []hobby;
	
	public StudentProtoType(){
		System.out.println("无参构造函数调用");
	}
	
	@Override
	protected StudentProtoType clone() throws CloneNotSupportedException {
		return (StudentProtoType) super.clone();
	}
	
	//get set 方法省略

	@Override
	public String toString() {
		return "StudentProtoType [name=" + name + ", 
            age=" + age + ", hobby=" + Arrays.toString(hobby) + "]"+super.toString();
	}
	
	
}

package com.zlfan.clone;

public class Client {
	
	public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
		StudentProtoType pt = new StudentProtoType();
		pt.setHobby(new String []{"跑步","篮球","足球"});
		pt.setName("zlfan");
		pt.setAge(18);
		StudentProtoType pt1 = pt.clone();
				
		pt1.setAge(20);//设置年龄
		String[] hobby = pt1.getHobby();
		hobby[0]="打游戏";
		
		System.out.println(pt);
		System.out.println(pt1);
	}
}

运行结果如下：

无参构造函数调用
StudentProtoType [name=zlfan, age=18, hobby=[打游戏, 篮球]][email protected]
StudentProtoType [name=zlfan, age=20, hobby=[打游戏, 篮球]][email protected]

从运行结果中，我们可以看到，无参构造函数只调用了一次，却产生了两个对象。值得注意的是，使用clone方法创建的新对象的构造函数是不会被执行的，也就是说会绕过任何构造函数（有参和无参），因为clone方法的原理是从堆内存中以二进制流的方式进行拷贝，直接分配一块新内存。

年龄与爱好都修改了，而输出结果中为什么两者年龄不一样，hobby却一样的呢？我们需要先来了解一下浅拷贝与深拷贝（浅克隆与深克隆）学过c++的同学可忽视以下内容。

4.浅克隆与深克隆

浅克隆：

对值类型的成员变量进行值的复制，对引用数据类型的成员变量只复制引用，不复制引用的对象

程序中，age是值类型的成员变量，存储在栈中，复制时，值也可以一并复制过去。而hobby则是引用类型的成员变量，栈中只存了它的引用地址，引用类型变量实际上存在堆中的。复制的时候，只是把多个对象指向它。如下图：

原型模式

当对hobby进行改变时，两者自然都改变了。

深拷贝：

对值类型的成员变量进行值的复制，对引用数据类型的成员变量也进行引用对象的复制。

上图于是变成了这样：

原型模式

两个对象各分配一个存储空间，不再指向同一个空间。两者互不干扰。

Java中默认的是浅克隆，我们需要对clone方法做一点改造就能变成深克隆了，把hobby也给克隆了。

protected StudentProtoType clone() throws CloneNotSupportedException {
		StudentProtoType pt = (StudentProtoType) super.clone();
		pt.hobby = pt.getHobby().clone();
		return pt;
	}

运行结果：

无参构造函数调用
StudentProtoType [name=zlfan, age=18, hobby=[跑步, 篮球]][email protected]
StudentProtoType [name=zlfan, age=20, hobby=[打游戏, 篮球]][email protected]

 5.原型模式的优缺点

优点：1.原型模式性能比直接new一个对象性能高；

           2.避免构造函数的约束。

缺点：1.只有当通过new构造对象较为耗时或者说成名较高时，通过clone方法才能获得效率上的提高；

           2.必须实现Cloneable接口。

6.原型模式适用性

Prototype模式适用于：

  • 当一个系统应该独立于它的产品创建、构成和表示时。
  • 当要实例化的类是在运行时刻指定时，例如，通过动态装载。
  • 为了避免创建一个与产品类层次平行的工厂类层次时。
  • 当一个类的实例只能有几个不同的状态组合中的一种时。建立相应数目的原型并克隆它们，可能比每次用合适的状态手工实例化该类更方便一些。

如有错误，欢迎指正 

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