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Java设计模式再相识——原型模式

时间:2023-06-07

本文在Yeliheng的技术小站同步发布

当你的系统存在相同或者相似对象需要创建,你可能会想到使用new 对象名() 来创建。但如果你的系统存在大量相同对象需要创建时,这样做会显得效率低下,并且代码将杂乱无章,你需要在构造函数中使用大量类名来进行实例化。这时,我们可以采用原型模式来进行优化,提高执行效率。例如复印机只需要简单的配置就可以复印出大量材料,这就是典型的原型模式的体现。

原型模式介绍

原型(Prototype):用一个已经创建的“原型对象”进行复制,得出与原型相同或者相似的新对象。原型模式和上节的单例模式同样属于创建型模式。它很少单独使用,经常与其他设计模式配合使用(例如:它可以与Command命令模式配合使用,便于复制Command模式中出现的命令)。但作为基础,我们也必须掌握原型模式。

应用场景

我相信你最关心什么时候需要用到原型模式,这里我列举出几种可以使用原型模式的场景供你参考:

相同或相似对象繁多,无法将他们整合到唯一一个类中。一个类调用了另外一个类,两个类之间存在耦合,你想把他们解耦,在不修改另一个类的情况下改变职责。难以根据类来生成实例时。 举例

下面我们来根据一个实际的例子实现原型模式。

例子:假设你有一台打印机,它可以为你打印大量的文件,并且支持各种纸张的样式。现在,你需要让它为你打印大量A4和A3版本的Hello,World。请使用原型模式实现它。

首先我们定义打印机原型:

Printer.java

package com.yeliheng.prototype;public class Printer implements Cloneable { private String paperType; //纸张类型 private String content; //打印内容 public Printer(String paperType, String content) { this.paperType = paperType; this.content = content; System.out.println("打印机准备就绪!"); } public String getPaperType() { return paperType; } public void setPaperType(String paperType) { this.paperType = paperType; } public String getContent() { return content; } public void setContent(String content) { this.content = content; } public void display() { System.out.println(" 纸张类型: " + paperType + " n 打印内容: " + content); } @Override public Printer clone() { try { return (Printer) super.clone(); } catch (CloneNotSupportedException e) { throw new AssertionError(); } }}

Printer原型的实现代码很简单,我们具体来关注对Cloneable接口的实现。在Printer类中,我们实现了java.lang包提供的Cloneable接口,并重写了clone()方法,在clone()方法内,我们试图捕获CloneNotSupportedException异常。这是因为我们必须保证被复制的对象必须实现java.lang.Clonable接口,否则对象将无法被克隆。细心的你可能会发现Cloneable接口中并没有clone()方法的相关定义。这是因为clone()方法被定义在java.lang.Object中,而Object类是所有Java类的父类。因此所有Java类都继承了clone()方法。像Cloneable接口很容易让人误认为Cloneable接口中声明了clone()方法,其实这是错误的。Clone接口中什么都没有,它只是起到告诉程序可以调用clone方法的作用。

写完了打印机原型,我们现在就开始让它工作,让它为我们复制出不同纸张类型的Hello,World。

Main.java

package com.yeliheng.prototype;public class Main { public static void main(String[] args) { Printer obj1 = new Printer("A4","Hello,World"); obj1.display(); Printer obj2 = (Printer) obj1.clone(); //克隆! obj2.setPaperType("A3"); obj2.display(); }}

我们先用传统的方式实例化了Printer类,让它打印一张A4的Hello,World。然后我们用克隆的方式:obj1.clone(),让它打印出一张A3的相同内容的纸。最后的输出结果如下:

这时,我们就实现了一个原型模式。本例中的克隆方式称为浅克隆。

请注意:Cloneable接口破坏了单例模式,如果是单例类,又实现了Cloneable接口,那么该类就可以调用clone方法创建另外的实例,因此破坏了单例模式。

浅克隆

浅克隆:创建一个新对象,新对象的属性和原来对象完全相同,对于非基本类型,浅克隆只会将实例的引用复制。例如,当字段中保存的是数组时,如果使用clone()方法进行克隆,则只会将数组的引用复制,并不会复制数组内的元素。浅克隆默认使用super.clone()来实现。

深克隆

深克隆:创建一个新的对象,属性中引用的其他对象也将被克隆,不再指向原对象地址,即在内存中开辟新的空间。

如果你需要更复杂的功能,例如复制所有非基本类型的引用和值,则需要以下步骤:

创建实例对象:通过clone()方法创建原型类的实例,这个步骤与浅克隆相同。克隆引用的成员:调用原型类对象成员的clone()方法,创建新的成员对象,将新的成员对象赋值给克隆出的原型模式的对象。(类似于递归调用)返回新对象:返回clone()创建的原型对象。

思考:你可以尝试着实现一个包含数组对象的深克隆。

总结

本文仅举一个简单的例子展现原型模式,在实际开发中,原型模式需要根据具体情况决定是否使用,例如上文描述的几种应用场景。熟练掌握原型模式,在后面需要与其他设计模式一起使用时,你就能够轻松驾驭。

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