Java原型模式

原型模式(Prototype Pattern)是用于創(chuàng)建重復(fù)的對(duì)象，同時(shí)又能保證性能。這種類型的設(shè)計(jì)模式屬于創(chuàng)建型模式，它提供了一種創(chuàng)建對(duì)象的最佳方式。

這種模式是實(shí)現(xiàn)了一個(gè)原型接口，該接口用于創(chuàng)建當(dāng)前對(duì)象的克隆。當(dāng)直接創(chuàng)建對(duì)象的代價(jià)比較大時(shí)，則采用這種模式。例如，一個(gè)對(duì)象需要在一個(gè)高代價(jià)的數(shù)據(jù)庫(kù)操作之后被創(chuàng)建。我們可以緩存該對(duì)象，在下一個(gè)請(qǐng)求時(shí)返回它的克隆，在需要的時(shí)候更新數(shù)據(jù)庫(kù)，以此來(lái)減少數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用。

介紹

意圖：用原型實(shí)例指定創(chuàng)建對(duì)象的種類，并且通過(guò)拷貝這些原型創(chuàng)建新的對(duì)象。

主要解決：在運(yùn)行期建立和刪除原型。

何時(shí)使用：

⒈當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該獨(dú)立于它的產(chǎn)品創(chuàng)建，構(gòu)成和表示時(shí)。

⒉當(dāng)要實(shí)例化的類是在運(yùn)行時(shí)刻指定時(shí)，例如，通過(guò)動(dòng)態(tài)裝載。

⒊為了避免創(chuàng)建一個(gè)與產(chǎn)品類層次平行的工廠類層次時(shí)。

⒋當(dāng)一個(gè)類的實(shí)例只能有幾個(gè)不同狀態(tài)組合中的一種時(shí)。建立相應(yīng)數(shù)目的原型并克隆它們可能比每次用合適的狀態(tài)手工實(shí)例化該類更方便一些。

如何解決：利用已有的一個(gè)原型對(duì)象，快速地生成和原型對(duì)象一樣的實(shí)例。

關(guān)鍵代碼：

⒈實(shí)現(xiàn)克隆操作，在 JAVA 繼承 Cloneable，重寫(xiě) clone()，在 .NET 中可以使用 Object 類的 MemberwiseClone() 方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)象的淺拷貝或通過(guò)序列化的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)深拷貝。

⒉原型模式同樣用于隔離類對(duì)象的使用者和具體類型(易變類)之間的耦合關(guān)系，它同樣要求這些"易變類"擁有穩(wěn)定的接口。

應(yīng)用實(shí)例：

⒈細(xì)胞分裂。

⒉JAVA 中的 Object clone() 方法。

優(yōu)點(diǎn)：

⒈性能提高。

⒉逃避構(gòu)造函數(shù)的約束。

缺點(diǎn)：

⒈配備克隆方法需要對(duì)類的功能進(jìn)行通盤(pán)考慮，這對(duì)于全新的類不是很難，但對(duì)于已有的類不一定很容易，特別當(dāng)一個(gè)類引用不支持串行化的間接對(duì)象，或者引用含有循環(huán)結(jié)構(gòu)的時(shí)候。

⒉必須實(shí)現(xiàn) Cloneable 接口。

使用場(chǎng)景：

⒈資源優(yōu)化場(chǎng)景。

⒉類初始化需要消化非常多的資源，這個(gè)資源包括數(shù)據(jù)、硬件資源等。

⒊性能和安全要求的場(chǎng)景。

⒋通過(guò) new 產(chǎn)生一個(gè)對(duì)象需要非常繁瑣的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備或訪問(wèn)權(quán)限，則可以使用原型模式。

⒌一個(gè)對(duì)象多個(gè)修改者的場(chǎng)景。

⒍一個(gè)對(duì)象需要提供給其他對(duì)象訪問(wèn)，而且各個(gè)調(diào)用者可能都需要修改其值時(shí)，可以考慮使用原型模式拷貝多個(gè)對(duì)象供調(diào)用者使用。

⒎在實(shí)際項(xiàng)目中，原型模式很少單獨(dú)出現(xiàn)，一般是和工廠方法模式一起出現(xiàn)，通過(guò) clone 的方法創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，然后由工廠方法提供給調(diào)用者。原型模式已經(jīng)與 Java 融為渾然一體，大家可以隨手拿來(lái)使用。

注意事項(xiàng)：與通過(guò)對(duì)一個(gè)類進(jìn)行實(shí)例化來(lái)構(gòu)造新對(duì)象不同的是，原型模式是通過(guò)拷貝一個(gè)現(xiàn)有對(duì)象生成新對(duì)象的。淺拷貝實(shí)現(xiàn) Cloneable，重寫(xiě)，深拷貝是通過(guò)實(shí)現(xiàn) Serializable 讀取二進(jìn)制流。

實(shí)現(xiàn)

我們將創(chuàng)建一個(gè)抽象類 Shape 和擴(kuò)展了 Shape 類的實(shí)體類。下一步是定義類 ShapeCache，該類把 shape 對(duì)象存儲(chǔ)在一個(gè) Hashtable 中，并在請(qǐng)求的時(shí)候返回它們的克隆。

PrototypePatternDemo，我們的演示類使用 ShapeCache 類來(lái)獲取 Shape 對(duì)象。

步驟 1

創(chuàng)建一個(gè)實(shí)現(xiàn)了 Cloneable 接口的抽象類。

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;
   }
}

步驟 2

創(chuàng)建擴(kuò)展了上面抽象類的實(shí)體類。

public class Rectangle extends Shape {
 
   public Rectangle(){
     type = "Rectangle";
   }
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
   }
}

public class Square extends Shape {
 
   public Square(){
     type = "Square";
   }
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Square::draw() method.");
   }
}

public class Circle extends Shape {
 
   public Circle(){
     type = "Circle";
   }
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
   }
}

步驟 3

創(chuàng)建一個(gè)類，從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取實(shí)體類，并把它們存儲(chǔ)在一個(gè) Hashtable 中。

import java.util.Hashtable;
 
public class ShapeCache {
    
   private static Hashtable shapeMap 
      = new Hashtable();
 
   public static Shape getShape(String shapeId) {
      Shape cachedShape = shapeMap.get(shapeId);
      return (Shape) cachedShape.clone();
   }
 
   // 對(duì)每種形狀都運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)查詢，并創(chuàng)建該形狀
   // shapeMap.put(shapeKey, shape);
   // 例如，我們要添加三種形狀
   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);
   }
}

步驟 4

PrototypePatternDemo 使用 ShapeCache 類來(lái)獲取存儲(chǔ)在 Hashtable 中的形狀的克隆。

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());        
   }
}

步驟 5

執(zhí)行程序，輸出結(jié)果：

Shape : Circle
Shape : Square
Shape : Rectangle