《設(shè)計(jì)模式》第8章：原型模式

第8章原型模式本章教學(xué)內(nèi)容原型模式模式動(dòng)機(jī)與定義模式結(jié)構(gòu)與分析模式實(shí)例與解析模式效果與應(yīng)用模式擴(kuò)展原型模式模式動(dòng)機(jī)原型模式模式動(dòng)機(jī)在面向?qū)ο笙到y(tǒng)中，使用原型模式來復(fù)制一個(gè)對(duì)象自身，從而克隆出多個(gè)與原型對(duì)象一模一樣的對(duì)象。在軟件系統(tǒng)中，有些對(duì)象的創(chuàng)建過程較為復(fù)雜，而且有時(shí)候需要頻繁創(chuàng)建，原型模式通過給出一個(gè)原型對(duì)象來指明所要?jiǎng)?chuàng)建的對(duì)象的類型，然后用復(fù)制這個(gè)原型對(duì)象的辦法創(chuàng)建出更多同類型的對(duì)象，這就是原型模式的意圖所在。原型模式模式定義原型模式(PrototypePattern)：原型模式是一種對(duì)象創(chuàng)建型模式，用原型實(shí)例指定創(chuàng)建對(duì)象的種類，并且通過復(fù)制這些原型創(chuàng)建新的對(duì)象。原型模式允許一個(gè)對(duì)象再創(chuàng)建另外一個(gè)可定制的對(duì)象，無須知道任何創(chuàng)建的細(xì)節(jié)。原型模式的基本工作原理是通過將一個(gè)原型對(duì)象傳給那個(gè)要發(fā)動(dòng)創(chuàng)建的對(duì)象，這個(gè)要發(fā)動(dòng)創(chuàng)建的對(duì)象通過請(qǐng)求原型對(duì)象拷貝原型自己來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建過程。原型模式模式定義PrototypePattern:Specifythekindofobjectstocreateusingaprototypicalinstance,andcreatenewobjectsbycopyingthisprototype.Frequencyofuse:medium

原型模式模式結(jié)構(gòu)原型模式模式結(jié)構(gòu)原型模式包含如下角色：Prototype：抽象原型類ConcretePrototype：具體原型類Client：客戶類原型模式模式分析在原型模式結(jié)構(gòu)中定義了一個(gè)抽象原型類，所有的Java類都繼承自java.lang.Object，而Object類提供一個(gè)clone()方法，可以將一個(gè)Java對(duì)象復(fù)制一份。因此在Java中可以直接使用Object提供的clone()方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)象的克隆，Java語言中的原型模式實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單。能夠?qū)崿F(xiàn)克隆的Java類必須實(shí)現(xiàn)一個(gè)標(biāo)識(shí)接口Cloneable，表示這個(gè)Java類支持復(fù)制。如果一個(gè)類沒有實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口但是調(diào)用了clone()方法，Java編譯器將拋出一個(gè)CloneNotSupportedException異常。原型模式模式分析示例代碼：publicclassPrototypeDemo

implementsCloneable{

……

publicObjectclone()

{

Objectobject=null;

try{

object=super.clone();

}catch(CloneNotSupportedExceptionexception){

System.err.println("Notsupportcloneable");

}

returnobject;}……}原型模式模式分析通常情況下，一個(gè)類包含一些成員對(duì)象，在使用原型模式克隆對(duì)象時(shí)，根據(jù)其成員對(duì)象是否也克隆，原型模式可以分為兩種形式：深克隆和淺克隆。原型模式模式分析淺克隆與深克隆深克隆淺克隆原型模式模式分析Java語言提供的clone()方法將對(duì)象復(fù)制了一份并返回給調(diào)用者。一般而言，clone()方法滿足：(1)對(duì)任何的對(duì)象x，都有x.clone()!=x，即克隆對(duì)象與原對(duì)象不是同一個(gè)對(duì)象。(2)對(duì)任何的對(duì)象x，都有x.clone().getClass()==x.getClass()，即克隆對(duì)象與原對(duì)象的類型一樣。(3)如果對(duì)象x的equals()方法定義恰當(dāng)，那么x.clone().equals(x)應(yīng)該成立。原型模式原型模式實(shí)例與解析實(shí)例一：郵件復(fù)制（淺克?。┯捎卩]件對(duì)象包含的內(nèi)容較多（如發(fā)送者、接收者、標(biāo)題、內(nèi)容、日期、附件等），某系統(tǒng)中現(xiàn)需要提供一個(gè)郵件復(fù)制功能，對(duì)于已經(jīng)創(chuàng)建好的郵件對(duì)象，可以通過復(fù)制的方式創(chuàng)建一個(gè)新的郵件對(duì)象，如果需要改變某部分內(nèi)容，無須修改原始的郵件對(duì)象，只需要修改復(fù)制后得到的郵件對(duì)象即可。使用原型模式設(shè)計(jì)該系統(tǒng)。在本實(shí)例中使用淺克隆實(shí)現(xiàn)郵件復(fù)制，即復(fù)制郵件(Email)的同時(shí)不復(fù)制附件(Attachment)。原型模式原型模式實(shí)例與解析實(shí)例一：郵件復(fù)制（淺克?。┰湍Ｊ皆湍Ｊ綄?shí)例與解析實(shí)例一：郵件復(fù)制（淺克?。﹨⒖即a(Chapter08Prototype\sample01)演示……原型模式原型模式實(shí)例與解析實(shí)例二：郵件復(fù)制（深克?。┦褂蒙羁寺?shí)現(xiàn)郵件復(fù)制，即復(fù)制郵件的同時(shí)復(fù)制附件。原型模式原型模式實(shí)例與解析實(shí)例二：郵件復(fù)制（深克?。┰湍Ｊ皆湍Ｊ綄?shí)例與解析實(shí)例二：郵件復(fù)制（深克?。﹨⒖即a(Chapter08Prototype\sample02)演示……原型模式模式優(yōu)缺點(diǎn)原型模式的優(yōu)點(diǎn)當(dāng)創(chuàng)建新的對(duì)象實(shí)例較為復(fù)雜時(shí)，使用原型模式可以簡(jiǎn)化對(duì)象的創(chuàng)建過程，通過一個(gè)已有實(shí)例可以提高新實(shí)例的創(chuàng)建效率。可以動(dòng)態(tài)增加或減少產(chǎn)品類。原型模式提供了簡(jiǎn)化的創(chuàng)建結(jié)構(gòu)?？梢允褂蒙羁寺〉姆绞奖４鎸?duì)象的狀態(tài)。原型模式模式優(yōu)缺點(diǎn)原型模式的缺點(diǎn)需要為每一個(gè)類配備一個(gè)克隆方法，而且這個(gè)克隆方法需要對(duì)類的功能進(jìn)行通盤考慮，這對(duì)全新的類來說不是很難，但對(duì)已有的類進(jìn)行改造時(shí)，不一定是件容易的事，必須修改其源代碼，違背了“開閉原則”。在實(shí)現(xiàn)深克隆時(shí)需要編寫較為復(fù)雜的代碼。原型模式模式適用環(huán)境在以下情況下可以使用原型模式：創(chuàng)建新對(duì)象成本較大，新的對(duì)象可以通過原型模式對(duì)已有對(duì)象進(jìn)行復(fù)制來獲得，如果是相似對(duì)象，則可以對(duì)其屬性稍作修改。如果系統(tǒng)要保存對(duì)象的狀態(tài)，而對(duì)象的狀態(tài)變化很小，或者對(duì)象本身占內(nèi)存不大的時(shí)候，也可以使用原型模式配合備忘錄模式來應(yīng)用。相反，如果對(duì)象的狀態(tài)變化很大，或者對(duì)象占用的內(nèi)存很大，那么采用狀態(tài)模式會(huì)比原型模式更好。需要避免使用分層次的工廠類來創(chuàng)建分層次的對(duì)象，并且類的實(shí)例對(duì)象只有一個(gè)或很少的幾個(gè)組合狀態(tài)，通過復(fù)制原型對(duì)象得到新實(shí)例可能比使用構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)新實(shí)例更加方便。原型模式模式應(yīng)用(1)原型模式應(yīng)用于很多軟件中，如果每次創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象要花大量時(shí)間，原型模式是最好的解決方案。很多軟件提供的復(fù)制(Ctrl+C)和粘貼(Ctrl+V)操作就是原型模式的應(yīng)用，復(fù)制得到的對(duì)象與原型對(duì)象是兩個(gè)類型相同但內(nèi)存地址不同的對(duì)象，通過原型模式可以大大提高對(duì)象的創(chuàng)建效率。

原型模式模式應(yīng)用(2)在Struts2中為了保證線程的安全性，Action對(duì)象的創(chuàng)建使用了原型模式，訪問一個(gè)已經(jīng)存在的Action對(duì)象時(shí)將通過克隆的方式創(chuàng)建出一個(gè)新的對(duì)象，從而保證其中定義的變量無須進(jìn)行加鎖實(shí)現(xiàn)同步，每一個(gè)Action中都有自己的成員變量，避免Struts1因使用單例模式而導(dǎo)致的并發(fā)和同步問題。(3)在Spring中，用戶也可以采用原型模式來創(chuàng)建新的bean實(shí)例，從而實(shí)現(xiàn)每次獲取的是通過克隆生成的新實(shí)例，對(duì)其進(jìn)行修改時(shí)對(duì)原有實(shí)例對(duì)象不造成任何影響。原型模式模式擴(kuò)展帶原型管理器的原型模式原型模式模式擴(kuò)展帶原型管理器的原型模式參考代碼(Chapter08Prototype\原型管理器)演示……原型模式模式擴(kuò)展相似對(duì)象的復(fù)制很多情況下，復(fù)制所得到的對(duì)象與原型對(duì)象并不是完全相同的，它們的某些屬性值存在異同。通過原型模式獲得相同對(duì)象后可以再對(duì)其屬性進(jìn)行修改，從而獲取所需對(duì)象。如多個(gè)學(xué)生對(duì)象的信息的區(qū)別在于性別、姓名和年齡，而專業(yè)、學(xué)院、學(xué)校等信息都相同，為了簡(jiǎn)化創(chuàng)建過程，可以通過原型模式來實(shí)現(xiàn)相似對(duì)象的復(fù)制。原型模式模式擴(kuò)展相似對(duì)象的復(fù)制參考代碼(Chapter08Prototype\相似對(duì)象的復(fù)制)演示……本章小結(jié)原型模式是一種對(duì)象創(chuàng)建型模式，用原型實(shí)例指定創(chuàng)建對(duì)象的種類，并且通過復(fù)制這些原型創(chuàng)建新的對(duì)象。原型模式允許一個(gè)對(duì)象再創(chuàng)建另外一個(gè)可定制的對(duì)象，無須知道任何創(chuàng)建的細(xì)節(jié)。原型模式的基本工作原理是通過將一個(gè)原型對(duì)象傳給那個(gè)要發(fā)動(dòng)創(chuàng)建的對(duì)象，這個(gè)要發(fā)動(dòng)創(chuàng)建的對(duì)象通過請(qǐng)求原型對(duì)象拷貝原型自己來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建過程。原型模式包含三個(gè)角色：抽象原型類是定義具有克隆自己的方法的接口；具體原型類實(shí)現(xiàn)具體的克隆方法，在克隆方法中返回自己的一個(gè)克隆對(duì)象；讓一個(gè)原型克隆自身從而創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象，在客戶類中只需要直接實(shí)例化或通過工廠方法等方式創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，再通過調(diào)用該對(duì)象的克隆方法復(fù)制得到多個(gè)相同的對(duì)象。在Java中可以直接使用Object提供的clone()方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)象的克隆，能夠?qū)崿F(xiàn)克隆的Java類必須實(shí)現(xiàn)一個(gè)標(biāo)識(shí)接口Cloneable，表示這個(gè)Java類支持復(fù)制。本章小結(jié)在淺克隆中，當(dāng)對(duì)象被復(fù)制時(shí)它所包含的成員對(duì)象卻沒有被復(fù)制；在深克隆中，除了對(duì)象本身被復(fù)制外，對(duì)象包含的引用也被復(fù)制，也就是其中的成員對(duì)象也將復(fù)制。在Java語言中，通過覆蓋Object類的clone()方法可以實(shí)現(xiàn)淺克??；如果需要實(shí)現(xiàn)深克隆，可以通過序列化等方式來實(shí)現(xiàn)。原型模式最大的優(yōu)點(diǎn)在于可以快速創(chuàng)建很多相同或相似的對(duì)象，簡(jiǎn)化對(duì)象的創(chuàng)建過程，還可以保存對(duì)象的一些中間狀態(tài)；其缺點(diǎn)在于需要為每一個(gè)類配備