原型模式 | rack-leen's blog

¶原型模式

¶定义

Specify the kinds of objects to create using a prototypical instance , and create new objects by copying this prototye.
用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建对象。

¶原型模式示意图

¶流程

首先创建一个实体类，这个实体类需要实现Cloneable接口的clone()方法，这样能拥有克隆能力。
然后创建一个对象，根据客户端需要，以创建的这个对象作为原型，克隆多个需要的对象，然后通过set方法将这些克隆的对象改为自己需要的对象。

¶需求

我们为幼儿园小朋友发成绩表，他们的年龄和成绩都一样，我们只需要改成绩表的名字就行了。

¶代码实现

创建一个学生类,作为拷贝原型

/**
 * 原型模式需要实现Cloneable接口
 */
@Data
@ToString
public class Student implements Cloneable {
    private String name ;
    private String age ;
    private String score ;
    private ArrayList<Student> students = new ArrayList<>();
    private final ArrayList<Student> finalStudent = new ArrayList<>();

    public Student(String name, String age, String score) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.score = score;
        System.out.println(name + "创建成功");
    }

    /**
     * 这个方法是原型模式的基础
     * @return
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    public Student clone()  {
        System.out.println("学生拷贝成功");
        Student student = null ;
        try {
            // 这是一种浅拷贝，只能拷贝基本类型(包括string)，其他的数组这些引用类型就与原型对象共享。
            student =  (Student) super.clone() ;
            // 这个是深拷贝，将数组和引用一起拷贝，每个拷贝的对象有自己的数组和引用
            this.students = (ArrayList<Student>) this.students.clone();

            // 这个finalStudent是由final修饰，，不能重新赋值，不能拷贝
            // this.finalStudent = (ArrayList<Student>) this.finalStudent.clone() ;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return student ;
    }
}

开始发成绩表了

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Student rack = new Student("rack", "12", "16");
        Student clone = (Student) rack.clone();
        clone.setName("leen");

        System.out.println(rack);
        System.out.println(clone);
    }
}

¶原型模式扩展

为原型模式增加一个原型管理器，用来管理原型的创建。

¶需求

现在我们要创建一个学校，学校里面有教师，学生等实体，我们需要以一个教师和学生作为原型，创建出多个教师和学生。

¶代码实现

创建一个学校接口，里面放入clone方法，使得所有实现它的实体都需要重写clone,拥有复制的能力。

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public interface School extends Cloneable {
    public School clone();
}

创建一个学生类,实现学校接口。

@Data
@ToString
public class Student implements School {
    private String name ;
    private String age ;
    private String score ;
    private ArrayList<Student> students = new ArrayList<>();
    private final ArrayList<Student> finalStudent = new ArrayList<>();

    public Student(String name, String age, String score) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.score = score;
        System.out.println(name + "创建成功");
    }

    /**
     * 这个方法是原型模式的基础
     * @return
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    public Student clone()  {
        System.out.println("学生拷贝成功");
        Student student = null ;
        try {
            // 这是一种浅拷贝，只能拷贝基本类型(包括string)，其他的数组这些引用类型就与原型对象共享。
            student =  (Student) super.clone() ;
            // 这个是深拷贝，将数组和引用一起拷贝，每个拷贝的对象有自己的数组和引用
            this.students = (ArrayList<Student>) this.students.clone();

            // 这个finalStudent是由final修饰，，不能重新赋值，不能拷贝
            // this.finalStudent = (ArrayList<Student>) this.finalStudent.clone() ;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return student ;
    }
}

创建一个教师类

@Data
@ToString
public class Teacher implements School {
    private String name ;
    private String age ;
    private String subject ;

    public Teacher(String name, String age, String subject) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.subject = subject;
    }

    public Teacher clone(){
        Teacher teacher = null ;
        try {
            teacher = (Teacher) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return teacher ;
    }
}

创建一个原型管理器，我们如果需要更多的职位，比如校长等，我们直接通过原型管理器将原型对象加入进去，使其能拥有复制能力。

public class PrototypeManager {
    public Map<String , School> map = new HashMap<>();

    /**
     * 增加除了教师学生之外的学校职位
     * @param key
     * @param value
     */
    public void add(String key , School value){
        this.map.put(key , value);
    }

    /**
     * 从原型池中获取原型，如果原型不存在，抛异常
     * @param key
     * @return
     */
    public School get(String key){
        School school = null;
        try {
            school = this.map.get(key);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        return school ;
    }
}

场景实现

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        PrototypeManager prototypeManager = new PrototypeManager();
        prototypeManager.add("teacher" , new Teacher("teacher1" , "21" , "数学"));
        Teacher teacher1 = (Teacher)prototypeManager.get("teacher");
        Teacher teacher2 = teacher1.clone();
        teacher2.setName("teacher2");

        prototypeManager.add("student" , new Student("student1" , "12" , "45"));
        Student student1 = (Student)prototypeManager.get("student");
        Student student2 = student1.clone();
        student2.setName("student2");

        System.out.println(teacher1);
        System.out.println(teacher2);
        System.out.println(student1);
        System.out.println(student2);
    }
}

¶应用场景

一个对象有多个修改者。
类初始化需要很多资源，我们要优化的话，就直接克隆一个对象，不需要再创建。
通过new产生一个对象很繁琐，为了简化，我们直接copy就行了。
原型模式就像我们复制粘贴一样，文章大体不变，只变一些细节。
原型模式一般与工厂模式一起用；原型模式已经和java融为一体，随手就能用。

¶原型模式的优点和注意事项

¶优点

原型模式是在内存二进制流的拷贝，比直接new一个对象消耗性能少。
在内存中拷贝，构造函数不会被执行，这就逃避构造函数的约束。

¶注意事项

如果实体类中只有基本数据类型和string，就用浅拷贝进行克隆。
如果实体类中还有数组和引用，就需要单独为它们进行深拷贝。
使用clone后，克隆一个对象是直接拷贝二进制流，不会执行构造函数。如果需要使用构造函数，就不能使用原型模式。
变量前加了final关键字，就不能使用clone进行拷贝。