原型模式 - 思维导图

源定义

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。

特征

原型模式属于创建型模式。

一个已存在的对象（即原型），通过复制原型的方式来创建一个内部属性跟原型都一样的新的对象，这就是原型模式。

原型模式的核心是clone方法，通过clone方法来实现对象的拷贝。

UML类图

角色说明

Prototype（抽象原型类）

抽象类或者接口，用来声明clone方法。

提供特征的接口，具体原型必须实现各自的clone

ConcretePrototype1、ConcretePrototype2（具体原型类）

即要被复制的对象。

拥有clone方法，被复制的源体

Client（客户端类）

即要使用原型模式的地方。

实现

通常情况下，Prototype是不需要我们去定义的。因为拷贝这个操作十分常用，Java中提供了Cloneable接口来支持拷贝操作，它就是原型模式中的Prototype。当然，原型模式也未必非得去实现Cloneable接口，也有其他的实现方式。

实操

6.1 创建具体原型类ConcretePrototype1

实现Cloneable接口：

//具体原型类,卡片类 public class Card implements Cloneable {//实现Cloneable接口，Cloneable只是标识接口 private int num;//卡号 private Spec spec = new Spec();//卡规格 public Card() { System.out.println("Card 执行构造函数"); } public void setNum(int num) { this.num = num; } public void setSpec(int length, int width) { spec.setLength(length); spec.setWidth(width); } @Override public String toString() { return "Card{" + "num=" + num + ", spec=" + spec + '}'; } @Override protected Card clone() throws CloneNotSupportedException {//重写clone()方法，clone()方法不是Cloneable接口里面的，而是Object里面的 System.out.println("clone时不执行构造函数"); return (Card) super.clone(); } } //规格类，有长和宽这两个属性 public class Spec { private int width; private int length; public void setLength(int length) { this.length = length; } public void setWidth(int width) { this.width = width; } @Override public String toString() { return "Spec{" + "width=" + width + ", length=" + length + '}'; } }

6.2 创建客户端类Client

即要使用原型模式的地方：

public class Client { public void test() throws CloneNotSupportedException { Card card1 = new Card(); card1.setNum(9527); card1.setSpec(10, 20); System.out.println(card1.toString()); System.out.println("----------------------"); Card card2 = card1.clone(); System.out.println(card2.toString()); System.out.println("----------------------"); } }

Card 执行构造函数 Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}} ---------------------- clone时不执行构造函数 Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}} ----------------------

说明

clone对象时不会执行构造函数

clone方法不是Cloneable接口中的，而是Object中的方法。Cloneable是个标识接口，表面了这个对象是可以拷贝的，如果没有实现Cloneable接口却调用clone方法则会报错。

clone对象时不会执行构造函数

扩展

案例

Card card1 = new Card(); card1.setNum(9527); card1.setSpec(10, 20); System.out.println(card1.toString()); System.out.println("----------------------"); Card card2 = card1.clone(); System.out.println(card2.toString()); System.out.println("----------------------"); card2.setNum(7259); System.out.println(card1.toString()); System.out.println(card2.toString()); System.out.println("----------------------"); card2.setSpec(30, 40); System.out.println(card1.toString()); System.out.println(card2.toString()); System.out.println("----------------------");

Card 执行构造函数 Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}} ---------------------- clone时不执行构造函数 Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}} ---------------------- Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}} Card{num=7259, spec=Spec{width=20, length=10}} ---------------------- Card{num=9527, spec=Spec{width=40, length=30}} Card{num=7259, spec=Spec{width=40, length=30}} ----------------------

我们会发现，修改了拷贝对象的引用类型（即Spec字段）时，原来的对象的值也跟着改变了；但是修改基本对象（num字段）时，原来的对象的值却不会改变。这就涉及到深拷贝和浅拷贝了。

堆（对象）栈（引用）

由于num是基本数据类型，因此直接将整数值拷贝过来就行。但是spec是Spec类型的，它只是一个引用，指向一个真正的Spec对象，那么对它的拷贝有两种方式：

浅拷贝

直接将源对象中的spec的引用值拷贝给新对象的spec字段，这种拷贝方式就叫浅拷贝。

对象内属性对象存在旧对象的栈引用，就是浅拷贝

深复制

直接将源对象中的spec进行clone到新对象的spec字段，这种拷贝方式就叫浅拷贝。

对象内属性对象不存在旧对象的栈引用，完全跟旧对象没关系，就是深复制

原型模式改造

那么，我们对上面原型模式的例子进行改造，使其实现深拷贝，这就需要在Card的clone方法中，将源对象引用的Spec对象也clone一份

public static class Card implements Cloneable { private int num; private Spec spec = new Spec(); public Card() { System.out.println("Card 执行构造函数"); } public void setNum(int num) { this.num = num; } public void setSpec(int length, int width) { spec.setLength(length); spec.setWidth(width); } @Override public String toString() { return "Card{" + "num=" + num + ", spec=" + spec + '}'; } @Override protected Card clone() throws CloneNotSupportedException { System.out.println("clone时不执行构造函数"); Card card = (Card) super.clone(); card.spec = (Spec) spec.clone();//对spec对象也调用clone，实现深拷贝 return card; } } public static class Spec implements Cloneable {//Spec也实现Cloneable接口 private int width; private int length; public void setLength(int length) { this.length = length; } public void setWidth(int width) { this.width = width; } @Override public String toString() { return "Spec{" + "width=" + width + ", length=" + length + '}'; } @Override protected Spec clone() throws CloneNotSupportedException {//重写Spec的clone方法 return (Spec) super.clone(); } }

测试深复制

Card card1 = new Card(); card1.setNum(9527); card1.setSpec(10, 20); System.out.println(card1.toString()); System.out.println("----------------------"); Card card2 = card1.clone(); System.out.println(card2.toString()); System.out.println("----------------------"); card2.setNum(7259); System.out.println(card1.toString()); System.out.println(card2.toString()); System.out.println("----------------------"); card2.setSpec(30, 40); System.out.println(card1.toString()); System.out.println(card2.toString()); System.out.println("----------------------");

Card 执行构造函数 Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}} ---------------------- clone时不执行构造函数 Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}} ---------------------- Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}} Card{num=7259, spec=Spec{width=20, length=10}} ---------------------- Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}} Card{num=7259, spec=Spec{width=40, length=30}} ----------------------

由此可见，card1和card2内的spec引用指向了不同的Spec对象，也就是说在clone Card对象的同时，也拷贝了它所引用的Spec对象，进行了深拷贝。

应用场景

如果初始化一个类时需要耗费较多的资源，比如数据、硬件等等，可以使用原型拷贝来避免这些消耗。

通过new创建一个新对象时如果需要非常繁琐的数据准备或者访问权限，那么也可以使用原型模式。

一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以拷贝多个对象供调用者使用，即保护性拷贝。

实际上，调用clone()构造对象时并不一定比new快，使用clone()还是new来创建对象需要根据构造对象的成本来决定，如果对象的构造成本比较高或者构造比较麻烦，那么使用clone()的效率比较高，否则使用new

优点

可以解决复杂对象创建时消耗过多的问题，在某些场景下提升创建对象的效率。

保护性拷贝，可以防止外部调用者对对象的修改，保证这个对象是只读的。

缺点

拷贝对象时不会执行构造函数。

有时需要考虑深拷贝和浅拷贝的问题。

浮动主题