设计模式之07原型模式（笔记）

1 定义：

1.1 定义：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)。

1.2 通用类图：

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。“标示”：在ＪＤＫ的帮助中，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。

从可能到可以，还需要覆盖从Object继承下来的clone( )方法。

1.3 通用代码：

public class PrototypeClass implements Cloneable {// 覆写父类Object方法@Overridepublic PrototypeClass clone() {PrototypeClass prototypeClass = null;try {prototypeClass = (PrototypeClass) super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {// 异常处理}return prototypeClass;}}

2 优点

2.1　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。

2.2　逃避构造函数的约束：也是缺点，直接在内存中拷贝，构造函数是不会执行的。

3 缺点

如上2.2.

4 应用场景

4.1　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；

4.2 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，则可以用原型模式。（即回避new的调用）

4.3 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。（这个有点不敢苟同：改写的结果如何汇总？莫非是其他对象只修改此对象的某一特定值域或成员？）

原型模式很少单独出现，一般是工厂方法模式（可以创建对象，供其复制嘛）一起出现，通过clone的方法创建另一个对象，然后由工厂方法提供给调用者。

5 注意事项

5.1　构造函数不会被执行：

Ｏbject类的clone方法的原理是从内存中（具体地说是堆内存）以二进制的方式进行拷贝，重新分配一个内存块，那构造函数没有执行也是非常正常的了。

源代码示例：

public class Thing implements Cloneable {public Thing() {System.out.println("构造函数被执行了...");}@Overridepublic Thing clone() {Thing thing = null;try {thing = (Thing) super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return thing;}}public class Client {public static void main(String[] args) {// 产生一个对象Thing thing = new Thing();// 拷贝一个对象Thing cloneThing = thing.clone();}}

构造函数在clone（）时，没有被调用。

5.2　浅拷贝和深拷贝：

Ｊava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。

那么Ｓtring类型　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）在需要时才在内在中创建新的字符串，读者在使用的时候把Ｓtring当基本类使用即可。

注意一：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，而不是方法内的变量；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。

注意二：深拷贝与浅拷贝建议不要混合用，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。

如何进行深拷贝呢？对类变量（待深拷贝类的成员）进行独立的拷贝。

源代码：浅拷贝与深拷贝

public class Thing implements Cloneable {// 定义一个私有变量private final ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();@Overridepublic Thing clone() {Thing thing = null;try {thing = (Thing) super.clone(); // 仅此一句为　浅拷贝// this.arrayList =// (ArrayList<String>)this.arrayList.clone();//加此句　变为深拷贝} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return thing;}// 设置HashMap的值public void setValue(String value) {this.arrayList.add(value);}// 取得arrayList的值public ArrayList<String> getValue() {return this.arrayList;}}// 测试：public class Client {public static void main(String[] args) {// 产生一个对象Thing thing = new Thing();// 设置一个值thing.setValue("张三");thing.setValue("李四");// 拷贝一个对象Thing cloneThing = thing.clone();cloneThing.setValue("李四");System.out.println(thing.getValue());}}

浅拷贝会有“张三　李四”，　深拷贝只有“张三”。

5.3 clone与final关键字的冲突：（要使用clone()方法，类的成员变量上就不要增加final关键字）。

类内部成员若定义为final型，则意味着，定义时便一次性的赋值了。那么通过clone( )方法返回的值又给谁呢？

如下代码，会在标注处：编译器报斜体部分错误。

public class Thing implements Cloneable {// 定义一个私有变量private final ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();@Overridepublic Thing clone() {Thing thing = null;try {thing = (Thing) super.clone();thing.arrayList = (ArrayList<String>) this.arrayList.clone();// //} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return thing;}}

6 扩展

暂无

7 范例

（批量发送邮件实例）

类图如下：

源代码如下：

package _07_Prototype;/** * @author cbf4Life [e-mail] I'm glad to share my knowledge with you *         all. 需要发送出去的邮件账单 */public class Mail implements Cloneable {// 收件人private String receiver;// 邮件名称private String subject;// 称谓private String appellation;// 邮件内容private String contxt;// 邮件的尾部，一般都是加上“XXX版权所有”等信息private String tail;// 构造函数public Mail(AdvTemplate advTemplate) {this.contxt = advTemplate.getAdvContext();this.subject = advTemplate.getAdvSubject();}@Overridepublic Mail clone() {Mail mail = null;try {mail = (Mail) super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}return mail;}// 以下为getter/setter方法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 getAppellation() {return appellation;}public void setAppellation(String appellation) {this.appellation = appellation;}public String getContxt() {return contxt;}public void setContxt(String contxt) {this.contxt = contxt;}public String getTail() {return tail;}public void setTail(String tail) {this.tail = tail;}}public class AdvTemplate {// 广告信名称private String advSubject = "XX银行国庆信用卡抽奖活动";// 广告信内容private String advContext = "国庆抽奖活动通知：只要刷卡就送你1百万！....";// 取得广告信的名称public String getAdvSubject() {return this.advSubject;}// 取得广告信的内容public String getAdvContext() {return this.advContext;}}public class Client {// 发送账单的数量，这个值是从数据库中获得private static int MAX_COUNT = 10000000;// 每次查看一种方式。以进行比较。public static void main(String[] args) {long begin = System.currentTimeMillis();usePrototype();long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("使用原型模式发送1000000封邮件历时：" + (end - begin) / 1000+ "s");// long begin = System.currentTimeMillis();// useNew();// long end = System.currentTimeMillis();// System.out.println("使用new发送1000000封邮件历时：" + (end - begin) / 1000// + "s");}public static void usePrototype() {// 模拟发送邮件int i = 0;// 把模板定义出来，这个是从数据中获得Mail mail = new Mail(new AdvTemplate());mail.setTail("XX银行版权所有");while (i < MAX_COUNT) {// 以下是每封邮件不同的地方Mail cloneMail = mail.clone();cloneMail.setAppellation(getRandString(5) + " 先生（女士）");cloneMail.setReceiver(getRandString(5) + "@" + getRandString(8)+ ".com");// 然后发送邮件sendMail(cloneMail);i++;}}public static void useNew() {// 模拟发送邮件int i = 0;while (i < MAX_COUNT) {// 把模板定义出来，这个是从数据中获得Mail mail = new Mail(new AdvTemplate());mail.setTail("XX银行版权所有");mail.setAppellation(getRandString(5) + " 先生（女士）");mail.setReceiver(getRandString(5) + "@" + getRandString(8)+ ".com");// 然后发送邮件sendMail(mail);i++;}}// 发送邮件public static void sendMail(Mail mail) {// System.out.println("标题："+mail.getSubject() +// "\t收件人："+mail.getReceiver()+"\t....发送成功！");}// 获得指定长度的随机字符串public static String getRandString(int maxLength) {String source = "abcdefghijklmnopqrskuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";StringBuffer sb = new StringBuffer();Random rand = new Random();for (int i = 0; i < maxLength; i++) {sb.append(source.charAt(rand.nextInt(source.length())));}return sb.toString();}}

实测结果：

使用原型模式发送1000000封邮件历时：31s

使用new发送1000000封邮件历时：29s

可能的原因：所需要复制的单项数据太小，体现不出差距。