详解Java的设计模式编程中的原型模式

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。
实现代码:

package PrototypePattern;
 
public class PrototypeClass implements Cloneable{
  
 @Override
 protected PrototypeClass clone(){
   
  PrototypeClass prototypeClass = null;
   
  try {
   prototypeClass = (PrototypeClass)super.clone();
  } catch (CloneNotSupportedException e) {
   // TODO Auto-generated catch block
   e.printStackTrace();
  }
   
  return prototypeClass;
 }
}

客户端:


package PrototypePattern;
 
public class Client {
 public static void main(String[] args) {
  PrototypeClass obj1 = new PrototypeClass();
  PrototypeClass obj2 = obj1.clone();
   
  System.out.println(obj1);
  System.out.println(obj2);
 }
}

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。

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; 
 } 
} 


原型模式的注意事项:

  1. 构造函数不会被执行
  2. 浅拷贝和深拷贝
  3. clone和final的冲突

        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。

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