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原型模式

简介

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。

原型模式主要用于对象的复制,它的核心是原型类Prototype

Prototype类需要具备以下两个条件:

  • 实现Cloneable接口。Cloneable接口中没有声明任何方法,其作用只有一个,就是在运行时通知虚拟机可以安全地在实现了此接口的类上使用clone()方法。在java虚拟机中,只有实现了这个接口的类才可以被拷贝,否则在运行时会抛出CloneNotSupportedException异常。
  • 重写Object类中的clone()方法。Java中,超类Object中有一个clone方法,作用是返回对象的一个拷贝,但是其作用域是protected类型的,一般的类无法调用,因此,Prototype类需要将clone方法的作用域修改为public类型。
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

原型模式的优点

使用原型模式创建对象比直接new一个对象在性能上要好的多,因为Object类的clone方法是一个本地方法,它直接操作内存中的二进制流,特别是复制大对象时,性能的差别非常明显。

使用原型模式的另一个好处是简化对象的创建,使得创建对象就像我们在编辑文档时的复制粘贴一样简单。

因为以上优点,在需要重复地创建相似对象时可以考虑使用原型模式。比如需要在一个循环体内创建对象,假如对象创建过程比较复杂或者循环次数很多的话,使用原型模式不但可以简化创建过程,而且可以使系统的整体性能提高很多。

原型模式与构造方法

注意,使用原型模式复制对象不会调用类的构造方法。因为对象的复制是通过调用Object类的clone方法来完成的,它直接在内存中复制数据,因此不会调用到类的构造方法。

不但构造方法中的代码不会执行,甚至连访问权限都对原型模式无效。

还记得单例模式吗?单例模式中,只要将构造方法的访问权限设置为private型,就可以实现单例。但是clone方法直接无视构造方法的权限,所以,单例模式与原型模式是冲突的,在使用时要特别注意。

浅拷贝

注意,Object类提供的clone方法只是拷贝本对象,其对象内部的数组、引用对象等都不拷贝,还是指向原生对象的内部元素的地址,这种拷贝就叫做浅拷贝。

这种情况下,由于clone对象和原始对象共享了一个私有变量,一处修改处处修改,所以是一个种非常不安全的方式。

为了实现真正的拷贝对象,而不是纯粹引用,我们需要对要拷贝的对象的所有成员都可复制化。

PS:八大基本类型和String(String 没有实现Cloneable接口)等都会被拷贝的。

案例

原型类

class Student implements Cloneable {
public ArrayList<String> courseList = new ArrayList<String>();
public Address address; @SuppressWarnings("unchecked")
@Override
public Object clone() {
Student stu = null;
try {
stu = (Student) super.clone();
//如果不写下面两行代码,则只会对Student进行clone而不会对其成员clone,这种情况下其只是【浅拷贝】
//为了实现Student真正的拷贝对象,而不是纯粹引用复制,我们需要使Student的所有成员都可Cloneable化
stu.address = (Address) address.clone();//自定义的Address需要我们手动实现Cloneable接口,并重写其clone方法
stu.courseList = (ArrayList<String>) courseList.clone();//ArrayList本身就已实现了Cloneable接口,所以可以直接调用clone方法
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
return stu;
}
}

原型类的成员变量也需要为原型类

class Address implements Cloneable {
public String add; public Address(String add) {
this.add = add;
} @Override
public Object clone() {
Address addr = null;
try {
addr = (Address) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
return addr;
}
}

测试

public class Test {
public static void main(String args[]) {
Student stu = new Student();
stu.address = new Address("广州");
stu.courseList.add("语文"); //复制stu
Student cloneStudent = (Student) stu.clone();
System.out.println("原始的Student:" + stu.address + " " + stu.address.add + " " + stu.courseList);
System.out.println("cloneStudent:" + cloneStudent.address + " " + cloneStudent.address.add + " " + cloneStudent.courseList); System.out.println("\n=========更改cloneStudent后========\n");
cloneStudent.address.add = "深圳";
cloneStudent.courseList.clear();
cloneStudent.courseList.add("数学");
System.out.println("原始的Student:" + stu.address + " " + stu.address.add + " " + stu.courseList);
System.out.println("cloneStudent:" + cloneStudent.address + " " + cloneStudent.address.add + " " + cloneStudent.courseList);
}
}

测试结果一,深拷贝

因为cloneStudent中的成员和原始的Student的成员没有任何联系,所以,当更改cloneStudent的成员后,原始的Student的成员并没有改变!

原始的Student:Address@17cb0a16 广州 [语文]
cloneStudent:Address@26f04d94 广州 [语文] =========更改cloneStudent后======== 原始的Student:Address@17cb0a16 广州 [语文]
cloneStudent:Address@26f04d94 深圳 [数学]

测试结果二,浅拷贝

因为cloneStudent中的成员和原始的Student的成员指向的是通过一个对象,所以,当更改cloneStudent的成员后,原始的Student的成员肯定也一起改变了!

原始的Student:Address@670b5064 广州 [语文]
cloneStudent:Address@670b5064 广州 [语文] =========更改cloneStudent后======== 原始的Student:Address@670b5064 深圳 [数学]
cloneStudent:Address@670b5064 深圳 [数学]

2016-10-31

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