28 Java设计模式系列-原型模式

作者: 凤邪摩羯 | 来源:发表于2021-01-23 15:43 被阅读0次

原型模式

原型模式是非常常见的设计模式之一，写个笔记，记录一下我的学习过程和心得。

首先了解一些原型模式的定义。

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。

又是一个看了让人一脸懵逼的定义，不过没关系，我们看下面的描述的非常清楚啦。

首先我们定义一个Person类

    public class Person{
        private String name;
        private int age;
        private double height;
        private double weight;
        public Person(){
        }
        public String getName() {
            return name;
        }
        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
        public int getAge() {
            return age;
        }
        public void setAge(int age) {
            this.age = age;
        }
        public double getHeight() {
            return height;
        }
        public void setHeight(double height) {
            this.height = height;
        }
        public double getWeight() {
            return weight;
        }
        public void setWeight(double weight) {
            this.weight = weight;
        }
        @Override
        public String toString() {
            return "Person{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    ", age=" + age +
                    ", height=" + height +
                    ", weight=" + weight +
                    '}';
        }
    }

要实现原型模式，只需要按照下面的几个步骤去实现即可。

实现Cloneable接口

public class Person implements Cloneable{
 }

重写Object的clone方法

@Override
public Object clone(){
  return null;
}

实现clone方法中的拷贝逻辑

    @Override
    public Object clone(){
        Person person=null;
        try {
            person=(Person)super.clone();
            person.name=this.name;
            person.weight=this.weight;
            person.height=this.height;
            person.age=this.age;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return person;
    }

测试一下

    public class Main {
        public static void main(String [] args){
            Person p=new Person();
            p.setAge(18);
            p.setName("张三");
            p.setHeight(178);
            p.setWeight(65);
            System.out.println(p);
            Person p1= (Person) p.clone();
            System.out.println(p1);
            p1.setName("李四");
            System.out.println(p);
            System.out.println(p1);
        }
    }

输出结果如下

Person{name=’张三’, age=18, height=178.0, weight=65.0}
Person{name=’张三’, age=18, height=178.0, weight=65.0}
Person{name=’张三’, age=18, height=178.0, weight=65.0}
Person{name=’李四’, age=18, height=178.0, weight=65.0}

试想一下，两个不同的人，除了姓名不一样，其他三个属性都一样，用原型模式进行拷贝就会显得异常简单，这也是原型模式的应用场景之一。

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，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用，即保护性拷贝。

但是假设Person类里还有一个属性叫兴趣爱好，是一个List集合，就像这样子

    private ArrayList<String> hobbies=new ArrayList<String>();
    public ArrayList<String> getHobbies() {
        return hobbies;
    }
    public void setHobbies(ArrayList<String> hobbies) {
        this.hobbies = hobbies;
    }

在进行拷贝的时候要格外注意，如果你直接按之前的代码那样拷贝

    @Override
    public Object clone(){
        Person person=null;
        try {
            person=(Person)super.clone();
            person.name=this.name;
            person.weight=this.weight;
            person.height=this.height;
            person.age=this.age;
            person.hobbies=this.hobbies;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return person;
    }

会带来一个问题

使用测试代码进行测试

    public class Main {
        public static void main(String [] args){
            Person p=new Person();
            p.setAge(18);
            p.setName("张三");
            p.setHeight(178);
            p.setWeight(65);
            ArrayList <String> hobbies=new ArrayList<String>();
            hobbies.add("篮球");
            hobbies.add("编程");
            hobbies.add("长跑");
            p.setHobbies(hobbies);
            System.out.println(p);
            Person p1= (Person) p.clone();
            System.out.println(p1);
            p1.setName("李四");
            p1.getHobbies().add("游泳");
            System.out.println(p);
            System.out.println(p1);
        }
    }

我们拷贝了一个对象，并添加了一个兴趣爱好进去，看下打印结果

Person{name=’张三’, age=18, height=178.0, weight=65.0, hobbies=[篮球, 编程, 长跑]}
Person{name=’张三’, age=18, height=178.0, weight=65.0, hobbies=[篮球, 编程, 长跑]}
Person{name=’张三’, age=18, height=178.0, weight=65.0, hobbies=[篮球, 编程, 长跑, 游泳]}
Person{name=’李四’, age=18, height=178.0, weight=65.0, hobbies=[篮球, 编程, 长跑, 游泳]}

你会发现原来的对象的hobby也发生了变换。

其实导致这个问题的本质原因是我们只进行了浅拷贝，也就是只拷贝了引用，最终两个对象指向的引用是同一个，一个发生变化另一个也会发生变换，显然解决方法就是使用深拷贝。

    @Override
    public Object clone(){
        Person person=null;
        try {
            person=(Person)super.clone();
            person.name=this.name;
            person.weight=this.weight;
            person.height=this.height;
            person.age=this.age;
            person.hobbies=(ArrayList<String>)this.hobbies.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return person;
    }

注意person.hobbies=(ArrayList)this.hobbies.clone();，不再是直接引用而是进行了一份拷贝。再运行一下，就会发现原来的对象不会再发生变化了。

Person{name=’张三’, age=18, height=178.0, weight=65.0, hobbies=[篮球, 编程, 长跑]}
Person{name=’张三’, age=18, height=178.0, weight=65.0, hobbies=[篮球, 编程, 长跑]}
Person{name=’张三’, age=18, height=178.0, weight=65.0, hobbies=[篮球, 编程, 长跑]}
Person{name=’李四’, age=18, height=178.0, weight=65.0, hobbies=[篮球, 编程, 长跑, 游泳]}

其实有时候我们会更多的看到原型模式的另一种写法。

在clone函数里调用构造函数，构造函数的入参是该类对象。

@Override
public Object clone(){
  return new Person(this);
}

在构造函数中完成拷贝逻辑

    public Person(Person person){
        this.name=person.name;
        this.weight=person.weight;
        this.height=person.height;
        this.age=person.age;
        this.hobbies= new ArrayList<String>(hobbies);
    }

其实都差不多，只是写法不一样。

广泛应用

现在来挖挖android中的原型模式。

先看Bundle类，该类实现了Cloneable接口

    public Object clone() {
        return new Bundle(this);
    }
    public Bundle(Bundle b) {
        super(b);
        mHasFds = b.mHasFds;
        mFdsKnown = b.mFdsKnown;
    }

然后是Intent类，该类也实现了Cloneable接口

    @Override
    public Object clone() {
        return new Intent(this);
    }
    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);
        }
    }

用法也显得十分简单，一旦我们要用的Intent与现有的一个Intent很多东西都是一样的，那我们就可以直接拷贝现有的Intent，再修改不同的地方，便可以直接使用。

Uri uri = Uri.parse("smsto:10086");    
Intent shareIntent = new Intent(Intent.ACTION_SENDTO, uri);    
shareIntent.putExtra("sms_body", "hello");    
 Intent intent = (Intent)shareIntent.clone() ;
startActivity(intent);

网络请求中一个最常见的开源库OkHttp中，也应用了原型模式。它就在OkHttpClient这个类中，它实现了Cloneable接口

    /** Returns a shallow copy of this OkHttpClient. */
    @Override
    public OkHttpClient clone() {
        return new OkHttpClient(this);
    }
    private OkHttpClient(OkHttpClient okHttpClient) {
        this.routeDatabase = okHttpClient.routeDatabase;
        this.dispatcher = okHttpClient.dispatcher;
        this.proxy = okHttpClient.proxy;
        this.protocols = okHttpClient.protocols;
        this.connectionSpecs = okHttpClient.connectionSpecs;
        this.interceptors.addAll(okHttpClient.interceptors);
        this.networkInterceptors.addAll(okHttpClient.networkInterceptors);
        this.proxySelector = okHttpClient.proxySelector;
        this.cookieHandler = okHttpClient.cookieHandler;
        this.cache = okHttpClient.cache;
        this.internalCache = cache != null ? cache.internalCache : okHttpClient.internalCache;
        this.socketFactory = okHttpClient.socketFactory;
        this.sslSocketFactory = okHttpClient.sslSocketFactory;
        this.hostnameVerifier = okHttpClient.hostnameVerifier;
        this.certificatePinner = okHttpClient.certificatePinner;
        this.authenticator = okHttpClient.authenticator;
        this.connectionPool = okHttpClient.connectionPool;
        this.network = okHttpClient.network;
        this.followSslRedirects = okHttpClient.followSslRedirects;
        this.followRedirects = okHttpClient.followRedirects;
        this.retryOnConnectionFailure = okHttpClient.retryOnConnectionFailure;
        this.connectTimeout = okHttpClient.connectTimeout;
        this.readTimeout = okHttpClient.readTimeout;
        this.writeTimeout = okHttpClient.writeTimeout;
    }

正如开头的注释Returns a shallow copy of this OkHttpClient，该clone方法返回了一个当前对象的浅拷贝对象。

至于其他框架中的原型模式，请读者自行发现。

总结

总结一下观察者模式的有确定及应用场景。

优点

使用原型模型创建一个对象比直接new一个对象更有效率，因为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。

隐藏了制造新实例的复杂性，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。

缺点

由于使用原型模式复制对象时不会调用类的构造方法，所以原型模式无法和单例模式组合使用，因为原型类需要将clone方法的作用域修改为public类型，那么单例模式的条件就无法满足了。

使用原型模式时不能有final对象。

Object类的clone方法只会拷贝对象中的基本数据类型，对于数组，引用对象等只能另行拷贝。这里涉及到深拷贝和浅拷贝的概念。

28 Java设计模式系列-原型模式

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