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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

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>();@Overrideprotected 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

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>();@Overrideprotected 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

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>();@Overrideprotected 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

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@2a5330System.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}
}