今天520情人节,你确定不学一下「情话设计模式」?
前言
目錄
原型模式簡介
原型模式的應用場景
原型模式的結構與實現
原型模式的優缺點
原型模式的應用實例
思維導圖
原型模式在JDK源碼中的應用
原型模式簡介
用一個已經創建的實例作為原型,通過復制該原型對象來創建一個和原型相同或相似的新對象。原型實例指定了要創建的對象的種類。用這種方式創建對象非常高效,根本無須知道對象創建的細節。例如,Windows 操作系統的安裝通常較耗時,如果復制就快了很多。
原型模式的應用場景
原型模式通常適用于以下場景。
對象之間相同或相似,即只是個別的幾個屬性不同的時候。
創建對象成本較大,例如初始化時間長,占用CPU太多,或者占用網絡資源太多等,需要優化資源。
創建一個對象需要繁瑣的數據準備或訪問權限等,需要提高性能或者提高安全性。
系統中大量使用該類對象,且各個調用者都需要給它的屬性重新賦值。
原型模式的結構與實現
由于 Java 提供了對象的 clone() 方法,所以用 Java 實現原型模式很簡單。
1.模式的結構
原型模式包含以下主要角色。
抽象原型類:規定了具體原型對象必須實現的接口。
具體原型類:實現抽象原型類的 clone() 方法,它是可被復制的對象。
訪問類:使用具體原型類中的 clone() 方法來復制新的對象。
其結構圖如下圖 所示。
原型模式主要用于對象的復制,它的核心是就是類圖中的原型類Prototype。Prototype類需要具備以下兩個條件:
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實現Cloneable接口。在java語言有一個Cloneable接口,它的作用只有一個,就是在運行時通知虛擬機可以安全地在實現了此接口的類上使用clone方法。在java虛擬機中,只有實現了這個接口的類才可以被拷貝,否則在運行時會拋出CloneNotSupportedException異常。
重寫Object類中的clone方法。Java中,所有類的父類都是Object類,Object類中有一個clone方法,作用是返回對象的一個拷貝,但是其作用域protected類型的,一般的類無法調用,因此,Prototype類需要將clone方法的作用域修改為public類型。
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原型模式是一種比較簡單的模式,也非常容易理解,實現一個接口,重寫一個方法即完成了原型模式。在實際應用中,原型模式很少單獨出現。經常與其他模式混用,他的原型類Prototype也常用抽象類來替代。
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2.模式的實現
原型模式的克隆分為淺克隆和深克隆。
淺克隆:創建一個新對象,新對象的屬性和原來對象完全相同,對于非基本類型屬性,仍指向原有屬性所指向的對象的內存地址。
深克隆:創建一個新對象,屬性中引用的其他對象也會被克隆,不再指向原有對象地址。
Java中的 Object 類提供了淺克隆的 clone() 方法,具體原型類只要實現 Cloneable 接口就可實現對象的淺克隆,這里的 Cloneable 接口就是抽象原型類。其代碼如下:
程序的運行結果如下:
具體原型創建成功! 具體原型復制成功! obj1==obj2?false原型模式的優缺點
原型模式的優點:
Java?自帶的原型模式基于內存二進制流的復制,在性能上比直接 new 一個對象更加優良。因為Object類的clone方法是一個本地方法,它直接操作內存中的二進制流,特別是復制大對象時,性能的差別非常明顯。
簡化對象的創建,使得創建對象就像我們在編輯文檔時的復制粘貼一樣簡單。可以使用深克隆方式保存對象的狀態,使用原型模式將對象復制一份,并將其狀態保存起來,簡化了創建對象的過程,以便在需要的時候使用(例如恢復到歷史某一狀態),可輔助實現撤銷操作。
因為以上優點,所以在需要重復地創建相似對象時可以考慮使用原型模式。比如在有些系統中,存在大量相同或相似對象的創建問題,如果用傳統的構造函數來創建對象,會比較復雜且耗時耗資源,用原型模式生成對象就很高效,就像孫悟空拔下猴毛輕輕一吹就變出很多孫悟空一樣簡單。又比如需要在一個循環體內創建對象,假如對象創建過程比較復雜或者循環次數很多的話,使用原型模式不但可以簡化創建過程,而且可以使系統的整體性能提高很多。
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原型模式的缺點:
需要為每一個類都配置一個 clone 方法
clone 方法位于類的內部,當對已有類進行改造的時候,需要修改代碼,違背了開閉原則。
當實現深克隆時,需要編寫較為復雜的代碼,而且當對象之間存在多重嵌套引用時,為了實現深克隆,每一層對象對應的類都必須支持深克隆,實現起來會比較麻煩。因此,深克隆、淺克隆需要運用得當。
原型模式的應用實例
【例】用原型模式模擬“孫悟空”復制自己。分析:孫悟空拔下猴毛輕輕一吹就變出很多孫悟空,這實際上是用到了原型模式。這里的孫悟空類SunWukong 是具體原型類,而 Java 中的Cloneable 接口是抽象原型類。由于要顯示孫悟空的圖像,所以將孫悟空類定義成面板 JPanel 的子類,里面包含了標簽,用于保存孫悟空的圖像。另外,重寫了 Cloneable 接口的clone() 方法,用于復制新的孫悟空。訪問類可以通過調用孫悟空的 clone() 方法復制多個孫悟空,并在框架窗體 JFrame 中顯示。圖 下圖所示是其結構圖。
圖?孫悟空生成器的結構圖
程序代碼如下:
import?java.awt.*; import?javax.swing.*;class?SunWukong?extends?JPanel?implements?Cloneable?{private?static?final?long?serialVersionUID = 5543049531872119328L;public?SunWukong()?{JLabel l1 = new?JLabel(new?ImageIcon("src/Wukong.jpg"));this.add(l1);}public?Object clone()?{SunWukong w = null;try?{w = (SunWukong) super.clone();} catch?(CloneNotSupportedException e) {System.out.println("拷貝悟空失敗!");}return?w;} }public?class?ProtoTypeWukong?{public?static?void?main(String[] args)?{JFrame jf = new?JFrame("原型模式測試");jf.setLayout(new?GridLayout(1, 2));Container contentPane = jf.getContentPane();SunWukong obj1 = new?SunWukong();contentPane.add(obj1);SunWukong obj2 = (SunWukong) obj1.clone();contentPane.add(obj2);jf.pack();jf.setVisible(true);jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);} }程序的運行結果如下圖所示。
思維導圖
原型模式在JDK源碼中的應用
首先查看 JDK 中的 Cloneable 接口。
public?interface?Cloneable?{}我們只需要在源碼中看哪些類實現了 Cloneable 接口即可。下面是 ArrayList 類的實現代碼。
public?Object?clone() {try?{@SuppressWarnings("unchecked")ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);v.modCount = 0;return?v;} catch?(CloneNotSupportedException e) {// this shouldn't happen, since we are Cloneablethrow?new?InternalError();} }從以上代碼可以看出,clone() 方法只是將 List 中的元素循環遍歷了一遍。此時,再思考一下,是不是這種形式就是深克隆呢?
下面用代碼驗證一下,繼續修改 ConcretePrototype 類,增加一個 deepCloneHobbies() 方法,代碼如下:
public?class?ConcretePrototype?implements?Cloneable,Serializable?{public?ConcretePrototype deepCloneHobbies(){try?{ConcretePrototype result = (ConcretePrototype) super.clone();result.hobbies = (List) ((ArrayList) result.hobbies).clone();return?result;}catch?(CloneNotSupportedException){return?null;}} ... }客戶端代碼修改如下:
public?static?void?main(String[] args)?{...//復制原型對象ConcretePrototype cloneType = prototype.deepCloneHobbies();... }運行結果如下:
原型對象:ConcretePrototype{age=18,name='C語言中文網',hobbies=[書法, 美術]} 克隆對象:ConcretePrototype{age=18,name='C語言中文網',hobbies=[書法, 美術, 技術控]}可以發現以上結果與《使用序列化實現深克隆》一節運行結果相同,說明以上形式是深克隆。但是這樣的代碼是硬編碼。如果在對象中聲明了各種集合類型,則每種情況都需要單獨處理。因此,深克隆的寫法一般會直接用序列化來操作。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的今天520情人节,你确定不学一下「情话设计模式」?的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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