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1.1、概述
可以通过一个原型对象克隆出多个一模一样的对象#xff0c;该模式被称为原型模式。 在使用原型模式时#xff0c;需要首先创建一个原型对象#xff0c;再通过复制这个原型对象来创建更多同类型的对象。
1.2、定义
原型模式#xff08;Prototype Patt…1、简介
1.1、概述
可以通过一个原型对象克隆出多个一模一样的对象该模式被称为原型模式。 在使用原型模式时需要首先创建一个原型对象再通过复制这个原型对象来创建更多同类型的对象。
1.2、定义
原型模式Prototype Pattern使用原型实例指定创建对象的种类并且通过克隆这些原型创建新的对象。原型模式是一种对象创建型模式。
2、解析
2.1、示例
原型模式的工作原理很简单将一个原型对象传给要发动创建的对象这个要发动创建的对象通过请求原型对象克隆自己来实现创建过程。由于在软件系统中经常会遇到需要创建多个相同或者相似对象的情况因此原型模式在真实开发中的使用频率还是非常高的。原型模式是一种“另类”的创建型模式创建克隆对象的工厂就是原型类自身工厂方法由克隆方法来实现。
需要注意的是通过克隆方法所创建的对象是全新的对象它们在内存中拥有新的地址。通常对克隆所产生的对象进行的修改不会对原型对象造成任何影响每个克隆对象都是相互独立的。通过不同的方式对克隆对象进行修改以后可以得到一系列相似但不完全相同的对象。原型模式的结构如下图所示 在原型模式结构图中包含以下3个角色 1Prototype抽象原型类它是声明克隆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具体实现类。 2ConcretePrototype具体原型类它实现在抽象原型类中声明的克隆方法在克隆方法中返回自己的一个克隆对象。3Client客户类让一个原型对象克隆自身从而创建一个新的对象在客户类中只需要直接实例化或通过工厂方法等方式创建一个原型对象再通过调用该对象的克隆方法即可得到多个相同的对象。由于客户类针对抽象原型类Prototype编程因此用户可以根据需要选择具体原型类系统具有较好的可扩展性增加或更换具体原型类都很方便。
2.2、Java中常用的克隆对象方法
原型模式的核心在于如何实现克隆方法下面将介绍两种在Java语言中常用的克隆实现方法。
1、通用实现方法
通用的克隆实现方法是在具体原型类的克隆方法中实例化一个与自身类型相同的对象并将其返回并将相关的参数传入新创建的对象中保证它们的成员变量相同。示意代码如下
public class ConcretePrototype extends Prototype {// 成员变量private String attr;public String getAttr() {return attr;}public void setAttr(String attr) {this.attr attr;}// 克隆方法public Prototype clone() {// 创建对象ConcretePrototype prototype new ConcretePrototype();prototype.setAttr(this.attr);return prototype;}
}在客户类中只需要创建一个ConcretePrototype对象作为原型对象然后调用其clone方法即可得到对应的克隆对象代码如下
Prototype obj1 new ConcretePrototype();
obj1.setAttr(this.attr);
Prototype obj2obj1.clone();这种方法可作为原型模式的通用实现它与编程语言特性无关任何面向对象语言都可以使用这种形式来实现对原型的克隆。
2、java的clone()方法
所有的Java类都继承自java.lang.Object。事实上Object类提供了一个clone方法可以将一个Java对象克隆一份。因此在Java中可以直接使用Object提供的clone方法来实现对象的克隆Java语言中的原型模式实现很简单。
需要注意的是能够实现克隆的Java类必须实现一个标识接口Cloneable表示这个Java类支持被复制。如果一个类没有实现这个接口但是调用了clone方法Java编译器将抛出一个CloneNotSupportedException异常。代码如下
public class ConcretePrototype implements Cloneable {...public Prototype clone() {Object object null;try {object super.clone();} catch (CloneNotSupportedException exception) {exception.printStackTrace();}return (Prototype) object;}...
}
在客户端创建原型对象和克隆对象也很简单代码如下
Prototype obj1 new ConcretePrototype();
Prototype obj2 obj1.clone;一般而言Java语言中的clone方法满足 1对任何对象x都有x.clone!x即克隆对象与原型对象不是同一个对象。2对任何对象x都有x.clone.getClassx.getClass即克隆对象与原型对象的类型一样。 3如果对象x的equals方法定义恰当那么x.clone.equalsx应该成立。为了获取对象的一份克隆可以直接利用Object类的clone方法具体步骤如下
在派生类中覆盖基类的clone方法并声明为public。在派生类的clone方法中调用super.clone。派生类需实现Cloneable接口。
2.3、java中的浅克隆和深克隆
浅克隆Shallow Clone和深克隆Deep Clone。在Java语言中数据类型分为值类型基本数据类型和引用类型值类型包括int、double、byte、boolean、char等简单数据类型引用类型包括类、接口、数组等复杂类型。浅克隆和深克隆的主要区别在于是否支持引用类型的成员变量的复制。
1、浅克隆
在浅克隆中如果原型对象的成员变量是值类型将复制一份给克隆对象如果原型对象的成员变量是引用类型则将引用对象的地址复制一份给克隆对象也就是说原型对象和克隆对象的成员变量指向相同的内存地址。简单来说在浅克隆中当对象被复制时只复制它本身和其中包含的值类型的成员变量而引用类型的成员对象并没有被复制如下图所示。 在Java语言中通过覆盖Object类的clone方法可以实现浅克隆。
2、深克隆
在深克隆中无论原型对象的成员变量是值类型还是引用类型都将复制一份给克隆对象深克隆将原型对象的所有引用对象也复制一份给克隆对象。简单来说在深克隆中除了对象本身被复制外对象所包含的所有成员变量也将被复制。
在Java语言中如果需要实现深克隆可以通过序列化Serialization等方式来实现。序列化就是将对象写到流的过程写到流中的对象是原有对象的一个复制品而原对象仍然存在于内存中。通过序列化实现的复制不仅可以复制对象本身而且可以复制其引用的成员对象因此通过序列化将对象写到一个流中再从流里将其读出来可以实现深克隆。需要注意的是能够实现序列化的对象其类必须实现Serializable接口否则无法实现序列化操作。
深克隆示意图如下所示 深克隆技术实现了原型对象和克隆对象的完全独立对任意克隆对象的修改都不会给其他对象产生影响是一种更为理想的克隆实现方式。
3、扩展
Java语言提供的Cloneable接口和Serializable接口的代码非常简单它们都是空接口这种空接口也称为标识接口。标识接口中没有任何方法的定义其作用是告诉JRE这些接口的实现类是否具有某个功能例如是否支持克隆、是否支持序列化等。
3、总结
原型模式作为一种快速创建大量相同或相似对象的方式在软件开发中应用较为广泛很多软件提供的复制CtrlC和粘贴CtrlV操作就是原型模式的典型应用。
3.1、优点
1当创建新的对象实例较为复杂时使用原型模式可以简化对象的创建过程通过复制一个已有实例可以提高新实例的创建效率。 2扩展性较好。由于在原型模式中提供了抽象原型类在客户端可以针对抽象原型类进行编程而将具体原型类写在配置文件中增加或减少具体原型类对原有系统都没有任何影响。 3原型模式提供了简化的创建结构。工厂方法模式常常需要有一个与产品类等级结构相同的工厂等级结构而原型模式就不需要这样。原型模式中产品的复制是通过封装在原型类中的克隆方法实现的无须专门的工厂类来创建产品。 4可以使用深克隆的方式保存对象的状态。使用原型模式将对象复制一份并将其状态保存起来以便在需要的时候使用例如恢复到某一历史状态可辅助实现撤销操作。
3.2、缺点
1需要为每一个类配备一个克隆方法而且该克隆方法位于一个类的内部。当对已有的类进行改造时需要修改源代码违背了开闭原则。 2在实现深克隆时需要编写较为复杂的代码而且当对象之间存在多重的嵌套引用时为了实现深克隆每一层对象对应的类都必须支持深克隆实现起来可能会比较麻烦。
3.3、使用场景
1创建新对象成本较大例如初始化需要占用较长的时间占用太多的CPU资源或网络资源。新的对象可以通过原型模式对已有对象进行复制来获得如果是相似对象则可以对其成员变量稍作修改。 2如果系统要保存对象的状态而对象的状态变化很小或者对象本身占用内存较少时可以使用原型模式配合备忘录模式来实现。 3需要避免使用分层次的工厂类来创建分层次的对象并且类的实例对象只有一个或很少的几个组合状态。通过复制原型对象得到新实例可能比使用构造函数创建一个新实例更加方便。
