5种创建型模式之：原型模式(Prototype)

来源：互联网发布：神马软件编辑：程序博客网时间：2024/06/07 09:28

定义：用原型实例指定创建对象的种类，并通过拷贝这些原型创建新的对象。

类型：创建类模式

类图：

原型模式主要用于对象的复制，它的核心是就是类图中的原型类Prototype。Prototype类需要具备以下两个条件：

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。

原型模式是一种比较简单的模式，也非常容易理解，实现一个接口，重写一个方法即完成了原型模式。在实际应用中，原型模式很少单独出现。经常与其他模式混用，他的原型类Prototype也常用抽象类来替代。

运用场景

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融为浑然一体，大家可以随手拿来使用。

实现代码：

[java] view plain copy
class Prototype implements Cloneable {  
    public Prototype clone(){  
        Prototype prototype = null;  
        try{  
            prototype = (Prototype)super.clone();  
        }catch(CloneNotSupportedException e){  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return prototype;   
    }  
}  
  
class ConcretePrototype extends Prototype{  
    public void show(){  
        System.out.println("原型模式实现类");  
    }  
}  
  
public class Client {  
    public static void main(String[] args){  
        ConcretePrototype cp = new ConcretePrototype();  
        for(int i=0; i< 10; i++){  
            ConcretePrototype clonecp = (ConcretePrototype)cp.clone();  
            clonecp.show();  
        }  
    }  
}  

原型模式的优点及适用场景

使用原型模式创建对象比直接new一个对象在性能上要好的多，因为Object类的clone方法是一个本地方法，它直接操作内存中的二进制流，特别是复制大对象时，性能的差别非常明显。

使用原型模式的另一个好处是简化对象的创建，使得创建对象就像我们在编辑文档时的复制粘贴一样简单。

因为以上优点，所以在需要重复地创建相似对象时可以考虑使用原型模式。比如需要在一个循环体内创建对象，假如对象创建过程比较复杂或者循环次数很多的话，使用原型模式不但可以简化创建过程，而且可以使系统的整体性能提高很多。

原型模式的注意事项

使用原型模式复制对象不会调用类的构造方法。因为对象的复制是通过调用Object类的clone方法来完成的，它直接在内存中复制数据，因此不会调用到类的构造方法。不但构造方法中的代码不会执行，甚至连访问权限都对原型模式无效。还记得单例模式吗？单例模式中，只要将构造方法的访问权限设置为private型，就可以实现单例。但是clone方法直接无视构造方法的权限，所以，单例模式与原型模式是冲突的，在使用时要特别注意。
深拷贝与浅拷贝。Object类的clone方法只会拷贝对象中的基本的数据类型，对于数组、容器对象、引用对象等都不会拷贝，这就是浅拷贝。如果要实现深拷贝，必须将原型模式中的数组、容器对象、引用对象等另行拷贝。例如：

[java] view plain copy
public class Prototype implements Cloneable {  
    private ArrayList list = new ArrayList();  
    public Prototype clone(){  
        Prototype prototype = null;  
        try{  
            prototype = (Prototype)super.clone();  
            prototype.list = (ArrayList) this.list.clone();  
        }catch(CloneNotSupportedException e){  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return prototype;   
    }  
}  

由于ArrayList不是基本类型，所以成员变量list，不会被拷贝，需要我们自己实现深拷贝，幸运的是Java提供的大部分的容器类都实现了Cloneable接口。所以实现深拷贝并不是特别困难。

PS：深拷贝与浅拷贝问题中，会发生深拷贝的有java中的8中基本类型以及他们的封装类型，另外还有String类型。其余的都是浅拷贝。

浅拷贝: 对值类型的成员变量进行值的复制,对引用类型的成员变量只复制引用,不复制引用的对象.

深拷贝: 对值类型的成员变量进行值的复制,对引用类型的成员变量也进行引用对象的复制.

类图:

实例一:浅拷贝
public class Prototype implements Cloneable {
private String name;

public String getName() {
return name;
}

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

public Object clone() {
  try {
   return super.clone();
  } catch (CloneNotSupportedException e) {
   e.printStackTrace();
   return null;
  }
}

}

public class TestMain {

public static void main(String[] args) {
  testPrototype();
}

private static void testPrototype(){
  Prototype pro = new Prototype();
  pro.setName("original object");
  Prototype pro1 = (Prototype)pro.clone();
  pro.setName("changed object1");

  System.out.println("original object:" + pro.getName());
  System.out.println("cloned object:" + pro1.getName());

}

}
结果:
original object:changed object1
cloned object:original object

实例二: 浅拷贝
public class Prototype{
private String name;

public String getName() {
return name;
}

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

}
public class NewPrototype implements Cloneable {

private String id;

public String getId() {
return id;
}

public void setId(String id) {
this.id = id;
}

private Prototype prototype;

public Prototype getPrototype() {
return prototype;
}

public void setPrototype(Prototype prototype) {
this.prototype = prototype;
}

public Object clone(){
  try {
   return super.clone();
  } catch (CloneNotSupportedException e) {
   e.printStackTrace();
   return null;
  }
}

}
public class TestMain {

public static void main(String[] args) {
  // TODO Auto-generated method stub
  testPrototype();
}

private static void testPrototype(){
  Prototype pro = new Prototype();
  pro.setName("original object");
  NewPrototype newObj = new NewPrototype();
  newObj.setId("test1");
  newObj.setPrototype(pro);

  NewPrototype copyObj = (NewPrototype)newObj.clone();
  copyObj.setId("testCopy");
  copyObj.getPrototype().setName("changed object");

  System.out.println("original object id:" + newObj.getId());
  System.out.println("original object name:" + newObj.getPrototype().getName());

  System.out.println("cloned object id:" + copyObj.getId());
  System.out.println("cloned object name:" + copyObj.getPrototype().getName());

}

}

结果:
original object id:test1
original object name:changed object
cloned object id:testCopy
cloned object name:changed object

实例三: 深拷贝
public class Prototype implements Cloneable {
private String name;

public String getName() {
return name;
}

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

public Object clone() {
  try {
   return super.clone();
  } catch (CloneNotSupportedException e) {
   e.printStackTrace();
   return null;
  }
}

}

public class NewPrototype implements Cloneable {

private String id;

public String getId() {
return id;
}

public void setId(String id) {
this.id = id;
}

private Prototype prototype;

public Prototype getPrototype() {
return prototype;
}

public void setPrototype(Prototype prototype) {
this.prototype = prototype;
}

public Object clone(){
  NewPrototype ret = null;
  try {
   ret = (NewPrototype)super.clone();
   ret.prototype = (Prototype)this.prototype.clone();
   return ret;
  } catch (CloneNotSupportedException e) {
   e.printStackTrace();
   return null;
  }
}

}

public class TestMain {

/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
  testDeepCopy();
}

private static void testDeepCopy(){
  Prototype pro = new Prototype();
  pro.setName("original object");
  NewPrototype newObj = new NewPrototype();
  newObj.setId("test1");
  newObj.setPrototype(pro);

  NewPrototype copyObj = (NewPrototype)newObj.clone();
  copyObj.setId("testCopy");
  copyObj.getPrototype().setName("changed object");

  System.out.println("original object id:" + newObj.getId());
  System.out.println("original object name:" + newObj.getPrototype().getName());

  System.out.println("cloned object id:" + copyObj.getId());
  System.out.println("cloned object name:" + copyObj.getPrototype().getName());

}

}

结果:
original object id:test1
original object name:original object
cloned object id:testCopy
cloned object name:changed object

实例四: 利用串行化来做深复制
把对象写道流里的过程是串行化(Serilization)过程;把对象从流中读出来是并行化(Deserialization)过程. 写在流里的是对象的一个拷贝,然后再从流里读出来重建对象.
public class PrototypeSe implements Serializable {

private String name;

public String getName() {
return name;
}

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

}

public class NewPrototypeSe implements Serializable {

private String id;

public String getId() {
return id;
}

public void setId(String id) {
this.id = id;
}

private PrototypeSe prototype;

public PrototypeSe getPrototype() {
return prototype;
}

public void setPrototype(PrototypeSe prototype) {
  this.prototype = prototype;
}

public Object deepClone(){
  try {
   ByteArrayOutputStream bo = new ByteArrayOutputStream();
   ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(bo);
   oo.writeObject(this);

   ByteArrayInputStream bi = new ByteArrayInputStream(bo.toByteArray());
   ObjectInputStream oi = new ObjectInputStream(bi);
   return oi.readObject();
  } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
   // TODO Auto-generated catch block
   e.printStackTrace();
   return null;
  }
}

}

public class TestDeepClone {

public static void main(String[] args) {
  // TODO Auto-generated method stub
  PrototypeSe po = new PrototypeSe();
  po.setName("test1");
  NewPrototypeSe se = new NewPrototypeSe();
  se.setPrototype(po);

  NewPrototypeSe deepClone = (NewPrototypeSe)se.deepClone();
  deepClone.getPrototype().setName("test2");

  System.out.println("original name:" + se.getPrototype().getName());
  System.out.println("cloned name:" + deepClone.getPrototype().getName());

}
}
结果:
original name:test1
cloned name:test2

0 0