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java程序设计模式之原型模式

设计模式之原型模式

1、基本介绍

原型模式(Prototype Pattern):使用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这些原型创建新的对象。原型模式是一种对象创建型模式。

原型模式的工作原理:

将一个原型对象传给那个要发动创建的对象,这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝自己来实现创建过程。由于在软件系统中我们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修改对原型对象不

会造成任何影响,每一个克隆对象都是相互独立的。通过不同的方式修改可以得到一系列相似但不完全相同的对象。

2、 java语言提供的clone()方法

Java 中 Object 类是所有类的根类,Object 类提供了一个 clone()方法,该方法可以将一个 Java 对象复制一份,但是需要实现 clone的Java类必须要实现一个接口

Cloneable,该接口表示该类能够复制且具有复制的能力。

举例:

假设平时我们都要记笔记,自然有一些固定的格式,那我们是不是就没有必要辛辛苦苦写格式,是不是就可以直接将写好的当成模板进行修改呢。

  • 笔记类—->实现Cloneable接口,重写clone()方法

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  • 客户端测试

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测试分析

可以看出通过这种方式实现了对象的拷贝,但是存在一些问题?

当时间改变时diary2的时间也跟着改变,不满足克隆出来的对象是唯一的,不会跟随其他对象的改变而改变

得出的结论:

1、克隆出来的对象是不同的。

3、深拷贝和浅拷贝问题

  • 浅拷贝的介绍

对于数据类型是基本数据类型的成员变量,浅拷贝会直接进行值传递,也就是将该属性值复制一份给新的对象。

对于数据类型是引用数据类型的成员变量,比如说成员变量是某个数组、某个类的对象等,那么浅拷贝会进行引用传递,也就是只是将该成员变量的引用值(内存地址)复制一份给新的对象。因为实际上两个对象的该成员变量都指向同一个实例。在这种情况下,在一个对象中修改该成员变量会影响到另一个对象的该成员变量值

浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现(上述案例就是浅拷贝)

  • 深拷贝的介绍

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复制

举例:

日常生活中的周报中往往存在附件,我们模拟周报复制

  • 周报类

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  • 附件类

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  • 客户端

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小结

从输出结果可以看出,由于使用了深克隆技术,附件对象也得以复制,因此用“==”比较原型对象的附件和克隆对象的附件时输出结果均为false。

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。

4、原型模式总结

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(Ctrl + C)和粘贴(Ctrl + V)操作就是原型模式的典型应用

1、主要优点

  • 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。

  • 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,增加或减少产品类对原有系统都没有任何影响。

  • 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。

  • 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(如恢复到某一历史状态),可辅助实现撤销操作。

2、主要缺点

  • 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”。

  • 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、适用场景

  • 创建新对象成本较大(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。

  • 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。

  • 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。


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