原型模式

标签 ： Java与设计模式

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原型模式

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.

原型模式就是通过一个对象再创建另一个可定制的对象, 而且不需要知道任何创建的细节.

因此, 原型模式要求对象实现一个可以“克隆”自身的接口，这样就可以通过复制一个实例对象本身来创建一个新的实例。这样一来，通过原型实例创建新的对象，就不再需要关心这个实例本身的类型，只要实现了克隆自身的方法，就可以通过这个方法来获取新的对象，而无须再去通过new来创建。标准的原型模式的URL类图为: 但由于Java类库已经帮我们实现了一个java.lang.Cloneable接口, 因此我们的实现就简单了些,下面我们模仿多利羊的诞生过程:

/** * 该羊支持克隆 * (浅复制) * Created by jifang on 15/12/9. */public class Sheep implements Cloneable {
         private String name;    private Date birthday;    public Sheep() {    }    public Sheep(String name, Date birthday) {        this.name = name;        this.birthday = birthday;    }    public String getName() {        return name;    }    public void setName(String name) {        this.name = name;    }    public Date getBirthday() {        return birthday;    }    public void setBirthday(Date birthday) {        this.birthday = birthday;    }    @Override    public String toString() {        return "Sheep{" +                "name='" + name + '\'' +                ", birthday=" + birthday +                '}';    }    @Override    protected Sheep clone() throws CloneNotSupportedException {        return (Sheep) super.clone();    }}

• Client

public class Client {    @Test    public void client() throws CloneNotSupportedException {        Date birthday = new Date();        Sheep mother = new Sheep("多利母亲", birthday);        System.out.println(mother);        Sheep dolly = mother.clone();        dolly.setName("多利");        System.out.println(dolly);    }}

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浅复制与深复制

• 浅复制
  在上面的Client上添加几行代码, 就可以发现问题:

@Testpublic void client() throws CloneNotSupportedException {    Date birthday = new Date();    Sheep mother = new Sheep("多利母亲", birthday);    System.out.println(mother);    Sheep dolly = mother.clone();    dolly.setName("多利");    System.out.println(dolly);    birthday.setTime(123123123123L);    System.out.println("dolly birthday: " + dolly.getBirthday());}

运行上面的代码我们可以看到更改了mother的birthday, dolly的birthday也更改了. 这个问题是由浅复制引起的.

浅复制:

创建当前对象的浅复制版本, 方法是创建一个新对象, 然后将当前对象的非静态字段复制到该新对象. 如果字段是值类型, 则对该字段执行逐位复制; 如果字段是引用类型, 则复制引用但不复制引用的对象; 因此原始对象及其副本引用同一对象;

此时运行的内存简化图如下:

可以看到mother和dolly的birthday指向同一个date对象.

• 深复制版本

  深复制: 把引用对象的变量指向

  复制过来的新对象, 而不是原有的被引用的对象;

@Overrideprotected Sheep clone() throws CloneNotSupportedException {    Sheep sheep = (Sheep) super.clone();    // 添加下面代码支持深复制    sheep.birthday = (Date) this.birthday.clone();    return sheep;}

因此我们把Sheep的clone方法改成上面实现后, 再调用client方法就不会出现问题了, 此时的内存简图如下:

• 利用序列化实现深复制
  Sheep需要先实现Serializable接口.

@Overrideprotected Sheep clone() throws CloneNotSupportedException {    ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();    try {        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);        oos.writeObject(this);        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray()));        return (Sheep) ois.readObject();    } catch (IOException e) {        e.printStackTrace();    } catch (ClassNotFoundException e) {        e.printStackTrace();    }    return null;}

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原型模式性能测试

假设创建Sheep是比较耗时的, 在此基础上进行原型模式的额性能测试:

/** * 模拟耗时的对象创建过程 * * @param name * @param birthday */public Sheep(String name, Date birthday) {    try {        Thread.sleep(10);    } catch (InterruptedException e) {        e.printStackTrace();    }    this.name = name;    this.birthday = birthday;}

• 测试Client

public class Client {
         private static final int OBJECT_COUNT = 1000;    private long testNew() {        long start = System.currentTimeMillis();        for (int i = 0; i < OBJECT_COUNT; ++i) {            Sheep sheep = new Sheep("name", new Date());        }        return System.currentTimeMillis() - start;    }    private long testPrototype() throws CloneNotSupportedException {        long start = System.currentTimeMillis();        Sheep sheep = new Sheep("name", new Date());        for (int i = 0; i < OBJECT_COUNT; ++i) {            Sheep newSheep = sheep.clone();            newSheep.setName("new name");        }        return System.currentTimeMillis() - start;    }    @Test    public void client() throws CloneNotSupportedException {        System.out.println(testNew());        System.out.println(testPrototype());    }}

运行上面程序, 可以很明显看出new与原型模式的性能差异, 如果吧Sheep构造器中的sleep注释掉, new与clone虽然有差异, 但是差距较小.

应用场景:

• 原型模式很少单独出现, 一般都是与工厂方法模式一起出现, 通过clone方法创建一个对象, 然后由工厂返回给调用者. 像Spring中的Bean的创建模式就有singleton与prototype模式.

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参考: