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原型模式也是一种创建型设计模式,从名字就能理解,这个模式应该有一个样板实例,也就是原型,然后用户从这个原型中复制出一个内部属性一致的实例,也就是克隆。
有时,一个对象的构造比较复杂并且比较耗时时,直接从已有对象复制一个实例比重新构造出来更高效。

定义

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。

使用场景

  • 对象的初始化要消耗非常多的资源,包括硬件,数据等。可以使用原型模式避免这种资源的消耗。
  • 用new来实例化一个对象时需要非常繁琐的数据准备或访问权限时,可以使用原型模式。
  • 一个对象要供其他对象访问,而每个调用者都可能会修改他的值,这时可以考虑用原型模式拷贝多个原型的对象供各个调用者使用,不互相影响,即保护性拷贝。
  • 需要频繁的创建相似的对象时,比如在一个循环中创建对象。

这里说明一下,使用clone产生实例并不一定都比new来的快,当一些对象的构造非常简单时,new是比clone还快的。但是当对象的构造复杂起来的时候用new构造就会造成较大的成本,这时clone才能体现出效率的优势。

UML类图


其中Prototype不一定非要实现Cloneable接口,在演示的时候会有两种。

简单实现

使用Cloneable接口

原型,实现Cloneable接口:

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public class Prototype implements Cloneable{
}

原型的实现:

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public class ConcretePrototype extends Prototype {
public String name;
public ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
public ConcretePrototype() {
System.out.println("执行了ConcretePrototype构造函数");
}
@Override
public ConcretePrototype clone() {
ConcretePrototype prototype = null;
try {
prototype = (ConcretePrototype) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
return prototype;
}
@Override
public String toString() {
return "ConcretePrototype{" +
"name='" + name + '\'' +
", list=" + list +
'}';
}
}

使用:

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public class MainM {
public static void main(String[] args) {
ConcretePrototype concretePrototype = new ConcretePrototype();
concretePrototype.name="yuanxing";
concretePrototype.list.add("yuanxing1");
concretePrototype.list.add("yuanxing2");
concretePrototype.list.add("yuanxing3");
ConcretePrototype cloneConcretePrototype = (ConcretePrototype) concretePrototype.clone();
cloneConcretePrototype.name = "clone";
System.out.println(concretePrototype.toString());
System.out.println(cloneConcretePrototype.toString());
}
}

输出:

通过clone方法获得一个实例,而且修改这个实例的内容并不会影响原来的实例的内容。
当然,这样也只是对基本数据类型有效。

不实现Cloneable接口

原型:

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public class Prototype1 {
}

原型的实现:

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public class ConcretePrototype1 extends Prototype1 {
public String name;
public ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
public ConcretePrototype1() {
System.out.println("执行了ConcretePrototype构造函数");
}
public ConcretePrototype1 clone() {
ConcretePrototype1 prototype1 = new ConcretePrototype1() ;
prototype1.name = this.name;
prototype1.list=this.list;
return prototype1;
}
@Override
public String toString() {
return "ConcretePrototype1{" +
"name='" + name + '\'' +
", list=" + list +
'}';
}
}

使用:

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public class MainM {
public static void main(String[] args) {
ConcretePrototype1 concretePrototype1 = new ConcretePrototype1();
concretePrototype1.name="yuanxing";
concretePrototype1.list.add("yuanxing1");
concretePrototype1.list.add("yuanxing2");
concretePrototype1.list.add("yuanxing3");
ConcretePrototype1 cloneconcretePrototype1 = (ConcretePrototype1) concretePrototype1.clone();
cloneconcretePrototype1.name="clone";
System.out.println(concretePrototype1.toString());
System.out.println(cloneconcretePrototype1.toString());
}
}

输出的结果是有点不一样的:

直接调用Cloneable的方法是不会再次调用构造方法的,而自己new是一定会调用构造方法的。
我个人觉得这个应该是伪克隆吧,只是写了一个clone的方法,然后在方法中new出一个对象,然后要手动把自己本来的值赋值给新的对象。

问题

上面两个都测试了name这个属性,如果在克隆的对象里修改了ArrayList对象list会怎样呢?来试试:
使用:

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public class MainM {
public static void main(String[] args) {
ConcretePrototype concretePrototype = new ConcretePrototype();
concretePrototype.name="yuanxing";
concretePrototype.list.add("yuanxing1");
concretePrototype.list.add("yuanxing2");
concretePrototype.list.add("yuanxing3");
ConcretePrototype cloneConcretePrototype = (ConcretePrototype) concretePrototype.clone();
cloneConcretePrototype.name = "clone";
cloneConcretePrototype.list.add("clone1");
System.out.println(concretePrototype.toString());
System.out.println(cloneConcretePrototype.toString());
}
}

发现输出并不是预期的:

修改了克隆出来的对象的list,原型中的list的值也变了。

深拷贝-浅拷贝

之所以会出现上面的情况,是因为上面的原型中使用的是浅拷贝。Cloneable的方法clone默认就是浅拷贝,浅拷贝并不是把所有字段都重新构造了一份,而是引用了原型中的字段。对于值类型,也就是基本数据类型来说,还有String类型,clone方法会进行一个拷贝,可以让拷贝的对象和原型互不干扰。但是对于引用类型(对象,集合,数组等)来说,clone方法只是让他们指向了同一个内存地址,所以修改其中一个的内容,两个都会变化。
所以对于不是基本类型的属性,在clone的时候要手动调用引用对象的clone方法进行拷贝,也就是深拷贝。
把重写的clone方法加上深拷贝

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@Override
public ConcretePrototype clone() {
ConcretePrototype prototype = null;
try {
prototype = (ConcretePrototype) super.clone();
prototype.list = (ArrayList<String>) this.list.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
return prototype;
}

然后就会得到我们期望的输出:

Android源码中的原型模式:

原型模式可能很少单独使用吧,在书中的例子举了个Intent,虽然实现了Cloneable接口,但在clone方法中是直接new的一个Intent,把原型传进去,然后复制给新的Intent:

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package android.content;
public class Intent implements Parcelable, Cloneable {
/**
* 拷贝构造函数
*/
public Intent(Intent o) {
this.mAction = o.mAction;
this.mData = o.mData;
this.mType = o.mType;
this.mPackage = o.mPackage;
this.mComponent = o.mComponent;
this.mFlags = o.mFlags;
this.mContentUserHint = o.mContentUserHint;
if (o.mCategories != null) {
this.mCategories = new ArraySet<String>(o.mCategories);
}
if (o.mExtras != null) {
this.mExtras = new Bundle(o.mExtras);
}
if (o.mSourceBounds != null) {
this.mSourceBounds = new Rect(o.mSourceBounds);
}
if (o.mSelector != null) {
this.mSelector = new Intent(o.mSelector);
}
if (o.mClipData != null) {
this.mClipData = new ClipData(o.mClipData);
}
}
@Override
public Object clone() {
return new Intent(this);
}
}

这里可能考虑的就是直接new比clone快吧。。

总结

原型模式主要就是拷贝对象,拷贝对象一般有两个作用

  1. 保护原型不被修改,只给外部提供一个拷贝以供访问,保护性拷贝。
  2. 避免构造复杂的对象时的资源消耗问题,提升创建对象的效率。

优点

  • Object的clone方法是一个本地方法,直接操作的是二进制流,性能会好很多。

    缺点

  • 构造方法在clone的时候不会执行,既是优点也是缺点,使用时要注意这个潜在的问题。