Java设计模式-创建者模式-原型模式

岳庆锦

发布于 2022.03.19 20:39 阅读 1962 评论 0

`原型模式`

在有些系统中，存在大量相同或者类似对象的创建问题，如果用传统的构造函数来创建对象，会比较复杂而且耗时耗资源，用原型模式生成对象就很高效。

定义：用一个已经创建的实例（对象）作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型对象相同的新对象（除了内存地址和原型不一样，其余都一样）。

结构： 由于Java提供了对象的clone()方法，所以用Java实现原型模式很简单。

抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的clone()方法。

具体原型类：实现抽象原型类的clone()方法，它是可被复制的对象。

访问类：使用具体原型类中的clone()方法来复制新的对象。（克隆出来的是具体原型类的对象）

实现：

原型模型的克隆分为浅克隆和深克隆。

原型模式指的是浅克隆。

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，对于非基本类型属性（比如，引用类型），仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。

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，不会再指向原有对象地址。

Java中的Object类中提供了clone()方法来实现浅克隆。Cloneable接口就是原型模式中的抽象原型类角色，而实现了Cloneable接口的子实现类就是具体原型类。

在展现代码前，我们要注意以下事项、弄清楚以下问题：

需要注意的是，clone()方法原始访问权限修饰符是protect,但在访问类中要使用clone()方法。如果不提升方法的作用域，访问类就不能使用clone()方法，所以方法的访问修饰符应改为public。

我们要弄清楚的是，原型模式克隆对象的方法是不是通过再new一个具体原型类对象来完成的？为了检验这一点，我们在具体实现类的构造方法中打印一句话“原型对象创建完成！”。

如果是通过new具体原型对象来实现克隆，那么我们使用clone()方法时就会打印这句话。即，运行结果中会出现两次“原型对象创建完成！”（第一次是因为创建原型对象，第二次是因为创建克隆的对象）

如果不是通过new具体原型对象来实现克隆，运行结果中就只会出现一次“原型对象创建完成！”。

代码展示：

1.Realizetype（具体原型类），实现Cloneable接口，重写父类中的clone()方法。

CloneNotSupportedException异常：Object类中的clone()是protected的方法，在没有重写Object的clone()方法且没有实现Cloneable接口的实例上调用clone方法，会报CloneNotSupportedException异常。

public class Realizetype implements Cloneable{

    //看一下构造方法是否被调用
    public Realizetype() {
        System.out.println("具体原型对象创建完成！");
    }

    //1,外面要调用，所以更改为public（原本是protect）
    //2,克隆出来的是具体原型类的对象，所以进行了强制类型转换。
    @Override
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("具体原型复制成功！");
        return (Realizetype) super.clone();//直接调用父类的clone()方法
    }
}

2.访问类（Client）

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

        //创建一个原型类对象
        Realizetype realizetype = new Realizetype();//调用无参构造方法
        //调用原型类中的clone方法进行对象的克隆
        Realizetype clone = (Realizetype) realizetype.clone();

        System.out.println("原型对象和克隆出来的是否是同一个对象？"+(realizetype == clone));//false
    }
}

3.运行结果

结果分析：通过运行结果出现一次“原型对象创建完成！”可以看出，复制的时候没有调用无参构造方法（方法体中的输出语句没有输出），所以super.clone()底层不是通过new对象来实现克隆的。最后的判断原型对象和克隆对象是否指向同一内存地址，结果是false，说明克隆成功。

下面我们来通过一个具体案例理解体会“原型模式”（浅克隆）

应用：用原型模式生成“三好学生”奖状。

分析：同一学校的“三好学生”奖状除了获奖人姓名不同，其他都相同，可以使用原型模式复制多个“三好学生”奖状出来，然后在修改奖状上的名字即可。

1.抽象原型类（Cloneable接口：java.lang包中的接口）

2.奖状类（Citation），包含成员变量name（学生姓名），对应的set和get方法，重写的父类中的抽象方法clone()，展示奖状的方法show()。

public class Citation implements Cloneable{

    //三好学生的姓名
    private String name;

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
    
    //为了效果比较明显
    public void show(){
        System.out.println(name + "同学，在2022年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！");
    }

    @Override
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Citation) super.clone();
    }
}

3.访问类（CitationTest）

public class CitationTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {

        //创建原型对象
        Citation citation = new Citation();
        citation.setName("张三");
        
        //克隆
        Citation citation1 = (Citation) citation.clone();
        citation1.setName("李四");

        //调用show方法展示奖状
        citation.show();
        citation1.show();
    }
}

4.运行结果

使用场景：

①对象的创建非常复杂，可以使用原型模式快捷的创建对象。（前提是原型对象必须实现Cloneable接口）

②性能和安全要求比较高。（不用new对象，而是按照自己的逻辑创建对象）

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