原型模式
原型模式(Prototype Pattern)是用于创建重复的对象,同时又能保证性能。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式之一。
这种模式是实现了一个原型接口,该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时,则采用这种模式。例如,一个对象需要在一个高代价的数据库操作之后被创建。我们可以缓存该对象,在下一个请求时返回它的克隆,在需要的时候更新数据库,以此来减少数据库调用。
原型模式
意图:使用原型实例指定要创建对象的种类,并通过拷贝这些原型创建新的对象。
主要解决:在运行时动态建立和删除原型。
何时使用
- 系统应独立于产品的创建、构成和表示。
- 需要在运行时指定实例化的类,例如通过动态加载。
- 避免创建与产品类层次平行的工厂类层次。
- 类的实例只能有几种不同状态组合,克隆原型比手工实例化更方便。
如何解决
通过已有的一个原型对象,快速生成与原型对象相同的实例。
关键代码
- 实现克隆操作:
- 在 Java 中,实现
Cloneable
接口,重写 clone()
方法。 - 在 .NET 中,使用
Object
类的 MemberwiseClone()
方法实现浅拷贝,或通过序列化实现深拷贝。
- 隔离类对象的使用者和具体类型之间的耦合关系,要求"易变类"拥有稳定的接口。
应用实例
- 细胞分裂
- Java 中的
Object.clone()
方法
优点
缺点
- 配备克隆方法需要全面考虑类的功能,对已有类可能较难实现,特别是处理不支持串行化的间接对象或含有循环结构的引用时。
- 必须实现
Cloneable
接口。
使用场景
- 资源优化
- 类初始化需要消耗大量资源(如数据、硬件资源)
- 性能和安全要求高的场景
- 通过
new
创建对象需要复杂的数据准备或访问权限时 - 一个对象需要多个修改者
- 对象需提供给其他对象访问并可能被各个调用者修改时
- 通常与工厂方法模式一起使用,通过
clone
创建对象,然后由工厂方法提供给调用者
注意事项
与直接实例化类创建新对象不同,原型模式通过拷贝现有对象生成新对象。浅拷贝通过实现 Cloneable
实现,深拷贝通过实现 Serializable
读取二进制流实现。
结构
原型模式包含以下几个主要角色:
原型接口(Prototype Interface):定义一个用于克隆自身的接口,通常包括一个 clone()
方法。
具体原型类(Concrete Prototype):实现原型接口的具体类,负责实际的克隆操作。这个类需要实现 clone()
方法,通常使用浅拷贝或深拷贝来复制自身。
客户端(Client):使用原型实例来创建新的对象。客户端调用原型对象的 clone()
方法来创建新的对象,而不是直接使用构造函数。
我们将创建一个抽象类 Shape 和扩展了 Shape 类的实体类。下一步是定义类 ShapeCache,该类把 shape 对象存储在一个 Hashtable 中,并在请求的时候返回它们的克隆。
PrototypePatternDemo 类使用 ShapeCache 类来获取 Shape 对象。
步骤 1
创建一个实现了 Cloneable 接口的抽象类。
Shape.java
public abstract class Shape implements Cloneable {
private String id;
protected String type;
abstract void draw();
public String getType(){
return type;
}
public String getId() {
return id;
}
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
public Object clone() {
Object clone = null;
try {
clone = super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
return clone;
}
}
步骤 2
创建扩展了上面抽象类的实体类。
Rectangle.java
public class Rectangle extends Shape {
public Rectangle(){
type = "Rectangle";
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
}
}
Square.java
public class Square extends Shape {
public Square(){
type = "Square";
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Square::draw() method.");
}
}
Circle.java
public class Circle extends Shape {
public Circle(){
type = "Circle";
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
}
}
步骤 3
创建一个类,从数据库获取实体类,并把它们存储在一个 Hashtable 中。
ShapeCache.java
import java.util.Hashtable;
public class ShapeCache {
private static Hashtable<String, Shape> shapeMap
= new Hashtable<String, Shape>();
public static Shape getShape(String shapeId) {
Shape cachedShape = shapeMap.get(shapeId);
return (Shape) cachedShape.clone();
}
public static void loadCache() {
Circle circle = new Circle();
circle.setId("1");
shapeMap.put(circle.getId(),circle);
Square square = new Square();
square.setId("2");
shapeMap.put(square.getId(),square);
Rectangle rectangle = new Rectangle();
rectangle.setId("3");
shapeMap.put(rectangle.getId(),rectangle);
}
}
步骤 4
PrototypePatternDemo 使用 ShapeCache 类来获取存储在 Hashtable 中的形状的克隆。
PrototypePatternDemo.java
public class PrototypePatternDemo {
public static void main(String[] args) {
ShapeCache.loadCache();
Shape clonedShape = (Shape) ShapeCache.getShape("1");
System.out.println("Shape : " + clonedShape.getType());
Shape clonedShape2 = (Shape) ShapeCache.getShape("2");
System.out.println("Shape : " + clonedShape2.getType());
Shape clonedShape3 = (Shape) ShapeCache.getShape("3");
System.out.println("Shape : " + clonedShape3.getType());
}
}
步骤 5
执行程序,输出结果:
Shape : Circle
Shape : Square
Shape : Rectangle
jade
guo***u_study@163.com
原型模式中有三个登场角色:
原型角色:定义用于复制现有实例来生成新实例的方法;
具体原型角色:实现用于复制现有实例来生成新实例的方法
使用者角色:维护一个注册表,并提供一个找出正确实例原型的方法。最后,提供一个获取新实例的方法,用来委托复制实例的方法生成新实例。
jade
guo***u_study@163.com
Siskin.xu
sis***@sohu.com
Python 方式:
Siskin.xu
sis***@sohu.com
kemplaw
kem***w@hotmail.com
TypeScript 方式:
kemplaw
kem***w@hotmail.com
DF3453
429***967@qq.com
原型模式是一种灵活而强大的创建型设计模式,适用于需要通过克隆操作创建新对象的场景。
下面是一个示例代码,演示了如何使用原型模式:
在上面的示例中,原型接口 Prototype 定义了 clone() 方法,具体原型类 ConcretePrototype 实现了该接口,并提供了深克隆或浅克隆的具体实现。客户端代码通过调用 clone() 方法来创建新的对象,并可以根据需求修改新对象的属性。
原型模式的优点包括:
原型模式也有一些注意事项:
DF3453
429***967@qq.com