5-原型模式

原型模式

第一个对象的创建：

• new创建
• 工厂创建
• 反射创建

第二个对象及之后的对象创建：

• 克隆创建

  • 浅克隆
    • 引用对象的内存不复制
  • 深克隆
    • 引用对象的内存被复制
  • 浅克隆与深克隆都会创建全新的内存，新对象都会是独立的。

原型模式的定义

对象创建型模式

1. 工作原理：将一个原型对象传给要发动创建的对象（即客户端对象），这个要发动创建的对象通过请求原型对象复制自己来实现创建过程
2. 创建新对象（也称为克隆对象）的工厂就是原型类自身，工厂方法由负责复制原型对象的克隆方法来实现
3. 通过克隆方法所创建的对象是全新的对象，它们在内存中拥有新的地址，每一个克隆对象都是独立的

原型模式结构

clone()方法可能不同，所以由子类实现。

原型模式包含以下角色

• Prototype（抽象原型类）

• ConcretePrototype（具体原型类）

• Client（客户类）

浅克隆与深克隆

• 浅克隆(Shallow Clone)：当原型对象被复制时，只复制它本身和其中包含的值类型的成员变量，而引用类型的成员变量并没有复制

  • 

• 深克隆(Deep Clone)：除了对象本身被复制外，对象所包含的所有成员变量也将被复制

  • 

java内置了浅克隆

通用的克隆实现方法

类Prototype与ConcretePrototype：

public interface Prototype {
    public Prototype clone();
}

public class ConcretePrototype implements Prototype {
    private String attr; 

    public void setAttr(String attr) {
        this.attr = attr;
    }

    public String getAttr() {
        return this.attr;
    }

    //克隆方法
    public Prototype clone() {
        ConcretePrototype prototype = new ConcretePrototype(); //创建新对象
        prototype.setAttr(this.attr);
        return prototype;
    }
}

客户端Client：

……
ConcretePrototype prototype = new ConcretePrototype();
prototype.setAttr("Sunny");
ConcretePrototype copy = (ConcretePrototype)prototype.clone();
……

Java语言中的clone()方法和Cloneable接口

• 在Java语言中，提供了一个clone()方法用于实现浅克隆，该方法使用起来很方便，直接调用super.clone()方法即可实现克隆

需要将Object进行类型转换

//客户端代码操作
Prototype prototype = new ConcretePrototype();
Prototype copy = prototype.clone();

实例类图1：

浅克隆的实现方案：

浅克隆

工作周报对象被成功复制，但是附件对象并没有复制，实现了浅克隆；

附件Attachment类要先new创建之后再注入到WeeklyLog中。存在Attachment的对象attachment为WeeklyLog类的属性并且存在attachment的注入，所以是聚合关系。

深克隆的实现方案：

工作周报类WeeklyLog和附件类Attachment实现==Serializable接口==

通过序列化和反序列化的方式获得深克隆对象

$\textcolor{red}{（具体的代码参考书P100）}$

深克隆

工作周报对象和附件对象都成功复制，实现了深克隆

节点流：操纵内存、硬盘等

过滤流：连接

输入流与输出流：以程序为参照物

1. 程序输出到文件为输出流$\longrightarrow$写文件；

2. 文件输入到程序为输入流$\longrightarrow$读文件；

原型管理器

原型管理器(Prototype Manager)将多个原型对象存储在一个集合中供客户端使用，它是一个专门负责克隆对象的工厂，其中定义了一个集合用于存储原型对象，如果需要某个原型对象的一个克隆，可以通过复制集合中对应的原型对象来获得。

原型管理器结构

代码实现：

import java.util.*;

public class PrototypeManager {
    private Hashtable prototypeTable=new Hashtable();  //使用Hashtable存储原型对象
    public PrototypeManager() {
        prototypeTable.put("A", new ConcretePrototypeA());
        prototypeTable.put("B", new ConcretePrototypeB());
    }
   
    public void add(String key, Prototype prototype) {
        prototypeTable.put(key,prototype);
    } 

    public Prototype get(String key) {
        Prototype clone = null;
        clone = ((Prototype) prototypeTable.get(key)).clone(); //通过克隆方法创建新对象
        return clone;
    }
}

模式优点

• 简化对象的创建过程，通过复制一个已有实例可以提高新实例的创建效率

• 扩展性较好

  • 符合开闭原则

• 提供了简单的创建结构，原型模式中产品的复制是通过封装在原型类中的克隆方法实现的，无须专门的工厂类来创建产品

  • 自己创建自己

• 可以使用深克隆的方式保存对象的状态，以便在需要的时候使用，可辅助实现撤销操作

  • 实现ctrl+C、ctrl+Z操作

模式缺点

• 需要为每一个类配备一个克隆方法，而且该克隆方法位于一个类的内部，当对已有的类进行改造时，需要修改源代码，违背了开闭原则

• 在实现深克隆时需要编写较为复杂的代码，而且当对象之间存在多重的嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支持深克隆（每一层的对应的类都需要实现Serializable接口），实现起来可能会比较麻烦

模式适用环境

• 创建新对象成本较大，新对象可以通过复制已有对象来获得，如果是相似对象，则可以对其成员变量稍作修改

• 系统要保存对象的状态，而对象的状态变化很小

• 需要避免使用分层次的工厂类来创建分层次的对象

• Ctrl + C$\longrightarrow$Ctrl + V