设计模式---原型模式
创始人
2025-05-28 12:56:30
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简介

1. 模式动机

2. 深克隆和浅克隆

3. 适用场景

实现

优缺点

原型模式(Prototype Pattern) 是用于创建重复的对象,同时又能保证性能。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式之一。

这种模式是实现了一个原型接口,该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时,则采用这种模式。例如,一个对象需要在一个高代价的数据库操作之后被创建。我们可以缓存该对象。我们可以缓存该对象,在下一个请求时返回它的克隆,在需要的时候更新数据库,以此来减少数据库调用。

简介

1. 模式动机

  \bullet 在面向对象系统中,使用原型模式来复制一个对象自身,从而克隆出多个与原型对象一模一样的对象。

  \bullet 在软件系统中,有些对象的创建过程比较复杂,而且有时候需要频繁创建,原型模式通过给出一个原型对象来指明要创建的对象类型,然后用复制这个原型对象的办法创建更多同类型的对象,这就是原型模式的意图所在。

  \bullet 原型模式将克隆过程委派给被克隆的实际对象。模式为所有支持克隆的对象声明一个通用的接口,该接口让你能够克隆对象,同时又无需将代码和对象所属类耦合。通常情况下,这样的接口中仅包含一个克隆方法。

  \bullet 所有的类对克隆方法的实现都非常相似。该方法会创建一个当前类的对象,然后将原始对象所有的成员变量值复制到新建的类中。甚至可以复制私有成员变量,因为绝大部分编程语言都允许对象访问其同类对象的私有成员变量。

2. 深克隆和浅克隆

 通常情况下,一个类包含一些成员对象,在使用原型模式克隆对象时,根据其成员对象是否也克隆,原型模式可以分为两种形式:深克隆和浅克隆

  \bullet 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,对于那些引用其它对象的属性,仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。

  \bullet 深克隆:创建一个新对象,属性中引用的其他对象也会被克隆,不再指向原有对象地址。

3. 适用场景

  \bullet 对象之间相同或相似,即只是个别的几个属性不同的时候。

  \bullet 创建对象成本较大,例如初始化时间长,占用 CPU 太多,或者占用网络资源太多等,需要优化资源。

  \bullet 创建一个对象需要繁琐的数据准备或访问权限等,需要提高性能或者提高安全性。

  \bullet 系统中大量使用该类对象,且各个调用者都需要给它的属性重新赋值。

实现

我们将创建一抽象类 Shape 和扩展 Shape 类的实体类。下一步是定义类 ShapeCache,该类把 shape 对象存储在一个 Hashtable 中,并在请求的时候返回它们的克隆。

PrototypePatternDemo 类使用 ShapeCache 类来获取 Shape 对象。

 步骤1:创建一个实现 Cloneable 接口的抽象类。

public abstract class Shape implements Cloneable{private String id;protected String type;abstract void draw();public String getType(){return type;}public String getId(){return id;}public void setId(String id){this.id = id;}public Object clone(){Object clone = null;try{clone = super.clone();}catch(CloneNotSupportException e) {e.printStackTrace();}return clone;}
}

步骤2:创建扩展了上面抽象类的实体类

public class Rectangle extends Shape{public Rectangle(){type = "Rectangle";}// Shape 里的 draw() 是被 abstract 关键字修饰的,所以子类必须实现它@Overridepublic void draw(){System.out.println("Rectangle");}
}
public class Square extends Shape{public Rectangle(){type = "Square ";}// Shape 里的 draw() 是被 abstract 关键字修饰的,所以子类必须实现它@Overridepublic void draw(){System.out.println("Square ");}
}
public class Circle extends Shape{public Rectangle(){type = "Circle ";}// Shape 里的 draw() 是被 abstract 关键字修饰的,所以子类必须实现它@Overridepublic void draw(){System.out.println("Circle ");}
}

步骤3:创建 ShapeCache 类,并把它们存储在一个 Hashtable 中。

import java.util.Hashtable;public class ShapeCache{private static Hashtable shapeMap = new Hashtable();public static Shape getShape(String shapeId){Shape cachedShape = shapeMap.get(shapeId);return (Shape)cacheShape.clone();}// 对每种形状都运行数据库查询,并创建该形状// shapeMap.put(shapeKey, shapeValue);// 例如,我们要添加三种形状public static void loadCache(){Circle circle = new Circle();circle.setId("1");shapeMap.put(circle.getId(), circle);Square square = new Square();square.setId("2");shapeMap.put(square.getId(), square);Rectangle rectangle = new Rectangle ();rectangle .setId("3");shapeMap.put(rectangle .getId(), rectangle );}
}

步骤4:PrototypePatternDemo 使用 ShapeCache 类来获取存储在 Hashtable 中形状的克隆。

public class PrototypePatternDemo{public static void main(Strign[] args){ShapeCache.loadCache();//cloneShape == ShapeCache.getShape(id) 根据 id 去克隆对应的 Shape Shape cloneShape = (Shape) ShapeCache.getShape("1");System.out.println("Shape" + cloneShape.getType());Shape cloneShape2 = (Shape) ShapeCache.getShape("2");System.out.println("Shape" + cloneShape2.getType());Shape cloneShape3 = (Shape) ShapeCache.getShape("3");System.out.println("Shape" + cloneShape3.getType());}
}

步骤5:输出结果

Shape : Circle
Shape : Square
Shape : Rectangle

注意:与通过对一个类进行实例化来构造新对象不同的是,原型模式是通过拷贝一个现有对象生成新对象的。浅拷贝实现 Cloneable 接口,深拷贝则是通过实现 Serializable 读取二进制流。

优缺点

优点

  \bullet 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,通过一个已有实例可以提高新实例的创建效率

  \bullet 可以动态增加或减少产品类。

  \bullet 原型模式提高了简化的创建结构。

  \bullet 可以使用深克隆的方式保存对象的状态。

缺点

  \bullet 每一个类都必须配备一个克隆方法,配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑,这对全新的类来说不是很难,但对已有的类进行改造时,不一定是件容易的事,必须修改其源代码,违背了“开闭原则”。

  \bullet 必须实现 Cloneable 接口。

参考文献:菜鸟教程

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