设计模式之禅8

真刀实枪之原型模式

• 先发个个性化电子账单来引出今天的主角
  • 个性化服务
    • 一般银行都会要求个性化服务，添加一些个人信息在提示信息之前。
  • 递送的成功率
    • 邮件的递送成功率有一定的要求，由于大批的发送邮件，会被接收的邮件服务器认为是垃圾邮件，因此要在头信息增加一些伪数据，以规避被反垃圾邮件引擎认为是垃圾邮件
• 电子账单系统
  1. 账单分析
  2. 账单生成器
  3. 广告信息管理
  4. 发送队列管理
  5. 发送机
  6. 退信处理
  7. 报表管理

• 类图

  • 
  • AdvTemplate是广告模板
  • Mail是一封邮件类

  • 代码

    • AdvTemplate

      package com.peng.mail;/** * @author kungfu~peng * @data 2017年11月19日 * @description */public class AdvTemplate {    // 广告信名称    private String advSubject = "kungfu银行抽奖活动";    // 广告信内容    private String advContext = "抽奖活动，只要抽中就给你100W";    // 获得广告的名称    public String getAdvSubject() {        return advSubject;    }    // 获得广告的内容    public String getAdvContext() {        return advContext;    }}

    • Mail

      package com.peng.mail;/** * @author kungfu~peng * @data 2017年11月19日 * @description */public class Mail {    // 收件人    private String receiver;    // 邮件名称    private String subject;    // 称谓    private String application;    // 邮件内容    private String context;    // 邮件尾部    private String tail;    // 构造函数    public Mail(AdvTemplate advTemplate) {        this.subject = advTemplate.getAdvSubject();        this.context = advTemplate.getAdvContext();    }    public String getReceiver() {        return receiver;    }    public void setReceiver(String receiver) {        this.receiver = receiver;    }    public String getSubject() {        return subject;    }    public void setSubject(String subject) {        this.subject = subject;    }    public String getApplication() {        return application;    }    public void setApplication(String application) {        this.application = application;    }    public String getContext() {        return context;    }    public void setContext(String context) {        this.context = context;    }    public String getTail() {        return tail;    }    public void setTail(String tail) {        this.tail = tail;    }}

    • Client

      package com.peng.mail;import java.util.Random;/** * @author kungfu~peng * @data 2017年11月19日 * @description */public class Client {    // 发送账单的数量    private static int MAX_COUNT = 10;    public static void main(String[] args) {        // 模拟发送邮        int i = 0;        // 把模板定义出来        Mail mail = new Mail(new AdvTemplate());        mail.setTail("版权归kungfu银行所有。");        while (i < MAX_COUNT) {            // 发往的地方            mail.setApplication(getRandString(5) + "女士/先生");            // 发送邮件            mail.setReceiver(getRandString(5) + "@" + getRandString(8) + ".com");            sendMail(mail);            i++;        }    }    // 函数--发送邮件    public static void sendMail(Mail mail) {        System.out.println("主题：" + mail.getSubject() + "，收件人："                + mail.getReceiver() + "，发送成功！");    }    // 获得指定长度的随机字符串    public static String getRandString(int maxLength) {        String source = "abcdefghijklmnopqrstABCDEFGHIJKLMNOPQRST";        Random random = new Random();        StringBuffer sb = new StringBuffer();        for (int i = 0; i < maxLength; i++) {            sb.append(source.charAt(random.nextInt(source.length())));        }        return sb.toString();    }}

  • 这个程序有问题吗？单线程没啥大问题，可能时间长点，但是试过多线程没！！出现了线程的混乱，出现了重复发送。既然出现了问题，那么先来改改我们的类图吧！

    • 

    • 代码

      • Mail

        package com.peng.mail;/** * @author kungfu~peng * @data 2017年11月19日 * @description */public class Mail implements Cloneable {    // 收件人    private String receiver;    // 邮件名称    private String subject;    // 称谓    private String application;    // 邮件内容    private String context;    // 邮件尾部    private String tail;    // 构造函数    public Mail(AdvTemplate advTemplate) {        this.subject = advTemplate.getAdvSubject();        this.context = advTemplate.getAdvContext();    }    // clone方法    @Override    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {        Mail mail = null;        try {            mail = (Mail) super.clone();        } catch (CloneNotSupportedException e) {            e.printStackTrace();        }        return mail;    }    public String getReceiver() {        return receiver;    }    public void setReceiver(String receiver) {        this.receiver = receiver;    }    public String getSubject() {        return subject;    }    public void setSubject(String subject) {        this.subject = subject;    }    public String getApplication() {        return application;    }    public void setApplication(String application) {        this.application = application;    }    public String getContext() {        return context;    }    public void setContext(String context) {        this.context = context;    }    public String getTail() {        return tail;    }    public void setTail(String tail) {        this.tail = tail;    }}

      • 修改后的Client

        package com.peng.mail;import java.util.Random;/** * @author kungfu~peng * @data 2017年11月19日 * @description */public class Client {    // 发送账单的数量    private static int MAX_COUNT = 10;    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {        new Thread() {            public void run() {                // 模拟发送邮                int i = 0;                // 把模板定义出来                Mail mail = new Mail(new AdvTemplate());                mail.setTail("版权归kungfu银行所有。");                while (i < MAX_COUNT) {                    Mail cloneObj = null;                    try {                        cloneObj = mail.clone();                    } catch (CloneNotSupportedException e) {                        // TODO Auto-generated catch block                        e.printStackTrace();                    }                    // 发往的地方                    cloneObj.setApplication(getRandString(5) + "女士/先生");                    // 发送邮件                    cloneObj.setReceiver(getRandString(5) + "@"                            + getRandString(8) + ".com");                    sendMail(cloneObj);                    i++;                }            };        }.start();        new Thread() {            public void run() {                // 模拟发送邮                int i = 0;                // 把模板定义出来                Mail mail = new Mail(new AdvTemplate());                mail.setTail("版权归kungfu银行所有。");                while (i < MAX_COUNT) {                    Mail cloneObj = null;                    try {                        cloneObj = mail.clone();                    } catch (CloneNotSupportedException e) {                        // TODO Auto-generated catch block                        e.printStackTrace();                    }                    // 发往的地方                    cloneObj.setApplication(getRandString(5) + "女士/先生");                    // 发送邮件                    cloneObj.setReceiver(getRandString(5) + "@"                            + getRandString(8) + ".com");                    sendMail(cloneObj);                    i++;                }            };        }.start();        new Thread() {            public void run() {                // 模拟发送邮                int i = 0;                // 把模板定义出来                Mail mail = new Mail(new AdvTemplate());                mail.setTail("版权归kungfu银行所有。");                while (i < MAX_COUNT) {                    Mail cloneObj = null;                    try {                        cloneObj = mail.clone();                    } catch (CloneNotSupportedException e) {                        // TODO Auto-generated catch block                        e.printStackTrace();                    }                    // 发往的地方                    cloneObj.setApplication(getRandString(5) + "女士/先生");                    // 发送邮件                    cloneObj.setReceiver(getRandString(5) + "@"                            + getRandString(8) + ".com");                    sendMail(cloneObj);                    i++;                }            };        }.start();    }    // 函数--发送邮件    public static void sendMail(Mail mail) {        System.out.println("主题：" + mail.getSubject() + "，收件人："                + mail.getReceiver() + "，发送成功！");    }    // 获得指定长度的随机字符串    public static String getRandString(int maxLength) {        String source = "abcdefghijklmnopqrstABCDEFGHIJKLMNOPQRST";        Random random = new Random();        StringBuffer sb = new StringBuffer();        for (int i = 0; i < maxLength; i++) {            sb.append(source.charAt(random.nextInt(source.length())));        }        return sb.toString();    }}

      • 运行结果（随机数据各有千秋）

        主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！主题：kungfu银行抽奖活动，收件人：[e-mail]，发送成功！

      • 上边代码中，把对象复制一份，产生一个新的对象，和原有对象一致，然后修改细节数据。这种不通过new关键字来产生的一个对象，而是通过对象的复制来实现的模式成为原型模式

原型模式的定义

• Prototype Pattern
• Specify the kinds of objects to create using a prototypical instance , and create new objects by copying this prototype.(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)
• 通用类图
  • 
  • 类图很简单，核心就是一个clone方法，看看Cloneable接口，一个方法也没有，那么clone方法从哪里来？别忘了超类Object，其中有方法为clone
    • Object类中的clone方法原码： protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

• 通用源码（核心代码）

  • Prototype

    package com.peng.yuanxing;/** * @author kungfu~peng * @data 2017年11月19日 * @description */public class Prototype implements Cloneable {    // 覆写父类的clone方法    @Override    protected Prototype clone() throws CloneNotSupportedException {        Prototype prototype = null;        try {            prototype = (Prototype) super.clone();        } catch (CloneNotSupportedException e) {            e.printStackTrace();        }        return prototype;    }}

原型模式的应用

• 原型模式的优点
  • 性能优良：内存二进制流的拷贝
  • 逃避构造函数的约束：直接在内存中执行，构造函数不会执行
• 使用场景
  • 资源优化：数据、硬件资源
  • 性能和安全的场景
  • 一个对象多个修改者的场景
• 在实际项目中，原型模式很少单独出现，一般是和工厂模式一起出现，通过clone方法创建一个对象，然后由工厂方法提供给调用者。

原型模式的注意事项

• 构造方法不被执行（如下：）

  package com.peng.yuanxing;/** * @author kungfu~peng * @data 2017年11月19日 * @description */public class Thing implements Cloneable {    public Thing() {        super();        System.out.println("我是构造函数！");    }    @Override    protected Thing clone() throws CloneNotSupportedException {        Thing thing = null;        try {            thing = (Thing) super.clone();        } catch (CloneNotSupportedException e) {            e.printStackTrace();        }        return thing;    }    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {        Thing t0 = new Thing();        Thing t1 = t0.clone();        Thing t2 = t0.clone();        Thing t3 = t0.clone();    }}

  • 执行结果

    我是构造函数！

  • 解释：Object的clone方法的原理是从内存中（堆内存）以二进制流的方式进行拷贝，重新分配了一块内存块，那构造函数没有被执行也是非常正常的了

浅拷贝

• 浅拷贝：Java偷懒的拷贝动作，Object类提供的方法clone只是拷贝对象，其对象的数组，引用对象等都不拷贝，还是指向原生对象的内部元素地址。两个对象共享一个私有变量，你改我改大家都改，是一种不安全的方式【拷贝的有：原始类型比如int,long,char等，String就把它当成基本类型--它的处理机制比较麻烦一点（它没有clone方法，通过字符串池stringcool在需要时才在内存中创建新的字符串）】

• 使用原型模型时，引用的成员变量必须满足两个条件才不被拷贝

  1. 类的成员变量，而不是方法内变量2. 必须是一个可变对象的引用对象，而不是一个原始类型和一个不变对象

  • 例子

    package com.peng.yuanxing;import java.util.ArrayList;/** * @author kungfu~peng * @data 2017年11月19日 * @description */public class Thing implements Cloneable {    private ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();    @Override    protected Thing clone() throws CloneNotSupportedException {        Thing thing = null;        try {            thing = (Thing) super.clone();        } catch (CloneNotSupportedException e) {            e.printStackTrace();        }        return thing;    }    // 添加值    public void setValue(String value) {        list.add(value);    }    // 获取数据    public ArrayList<String> getValues() {        return this.list;    }    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {        // 创建对象        Thing t0 = new Thing();        t0.setValue("1");        t0.setValue("2");        t0.setValue("3");        // 克隆对象        Thing coleThing = t0.clone();        coleThing.setValue("a");        coleThing.setValue("b");        coleThing.setValue("c");        // 打印数据        System.out.println(t0.getValues());        System.out.println(coleThing.getValues());    }}

  • 执行结果

    [1, 2, 3, a, b, c][1, 2, 3, a, b, c]

深拷贝

• 深拷贝：

  • 例子

    package com.peng.yuanxing;import java.util.ArrayList;/** * @author kungfu~peng * @data 2017年11月19日 * @description */public class Thing implements Cloneable {    private ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();    @Override    protected Thing clone() throws CloneNotSupportedException {        Thing thing = null;        try {            thing = (Thing) super.clone();            thing.list = (ArrayList<String>) this.list.clone();        } catch (CloneNotSupportedException e) {            e.printStackTrace();        }        return thing;    }    // 添加值    public void setValue(String value) {        list.add(value);    }    // 获取数据    public ArrayList<String> getValues() {        return this.list;    }    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {        // 创建对象        Thing t0 = new Thing();        t0.setValue("1");        t0.setValue("2");        t0.setValue("3");        // 克隆对象        Thing coleThing = t0.clone();        coleThing.setValue("a");        coleThing.setValue("b");        coleThing.setValue("c");        // 打印数据        System.out.println(t0.getValues());        System.out.println(coleThing.getValues());    }}

  • 执行结果

    [1, 2, 3][1, 2, 3, a, b, c]

注意

• 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

clone与final（用冤家来记）

• 例：增加final修饰，编译报错

  package com.peng.yuanxing;import java.util.ArrayList;/** * @author kungfu~peng * @data 2017年11月19日 * @description */public class Thing implements Cloneable {    private final ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();    @Override    protected Thing clone() throws CloneNotSupportedException {        Thing thing = null;        try {            thing = (Thing) super.clone();            thing.list = (ArrayList<String>) this.list.clone();//编译报错：The final field Thing.list cannot be assigned        } catch (CloneNotSupportedException e) {            e.printStackTrace();        }        return thing;    }    // 添加值    public void setValue(String value) {        list.add(value);    }    // 获取数据    public ArrayList<String> getValues() {        return this.list;    }}

• java中，final修饰的不可以被修改，引用数据类型则为地址不可变，list的地址改变了，自然就报错

最佳实践

• 原型模型产生出大量信息相同的类，然后可以拷出副本，然后进行修改信息
• 一个对象的起步可以不用从零起步，直接从一个已经具有雏形的对象克隆，然后再修改为生产的对象

声明

• 摘自秦小波《设计模式之禅》第2版；
• 仅供学习，严禁商业用途；
• 代码手写，没有经编译器编译，有个别错误，自行根据上下文改正。