初识设计模式 - 原型模式

简介

对于大部分系统来说,创建对象包括申请内存、给成员变量赋值等过程,这些操作耗费的时间基本可以忽略不计。

如果对象中的数据需要经过复杂的计算才能得到(比如排序、计算哈希值),或者需要从 RPC、网络、数据库、文件系统等非常慢速的 IO 中读取,这其中耗费的时间有时是无法容忍的。

如果对象的创建成本比较大,而同一个类的不同对象之间差别不大(如大部分字段都相同),在这种情况下,可以利用对已有对象(原型)进行复制的方式来创建新对象,以达到节省创建时间的目的。

这种基于原型来创建对象的方式就叫作原型设计模式(Prototype Design Pattern)。

具体实现

原型模式其核心就是拷贝,而在编程语言中,拷贝有两种实现方式:深拷贝和浅拷贝。

浅拷贝

浅拷贝只会复制对象中基本数据类型和引用对象的内存地址,不会递归地复制引用对象,以及引用对象的引用对象……

对于浅拷贝来说,如果要拷贝的对象是不可变对象,浅拷贝共享不可变对象是没问题的,但是对于可变对象来说,浅拷贝得到的对象和原始对象会共享部分数据,就有可能出现数据被修改的风险。

深拷贝

和浅拷贝不同,深拷贝得到的是一份完完全全独立的对象,相比浅拷贝,深拷贝更加耗时、更加耗内存空间。

常见的深拷贝有两种实现方式:递归浅拷贝对象直到只包含基本数据类型数据;序列化对象再反序列化成新的对象。实际开发中更推荐使用后者。

递归浅拷贝的 Java 代码示例如下:

public class DeepProtoType implements Cloneable {
 // String 类型
 public String name;
 // 引用数据类型
 public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;
 public DeepProtoType() {
 super();
 }
 @Override
 protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
 Object deep = null;
 // 这里完成对基本数据类型(属性)和 String 类型的拷贝
 deep = super.clone();
 // 对引用数据类型的属性进行单独处理,如果有多属性,需要一一处理
 DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep;
 deepProtoType.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();
 return deepProtoType;
 }
}

序列化对象的代码示例如下:

public class DeepProtoType implements Serializable {
 // String 类型
 public String name;
 // 引用数据类型
 public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;
 public DeepProtoType() {
 super();
 }
 public Object deepClone() {
 // 创建流对象
 ByteArrayOutputStream bos = null;
 ObjectOutputStream oos = null;
 ByteArrayInputStream bis = null;
 ObjectInputStream ois = null;
 try {
 // 序列化
 bos = new ByteArrayOutputStream();
 oos = new ObjectOutputStream(bos);
 // 当前这个对象以对象流的方式输出
 oos.writeObject(this);
 // 反序列化
 bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
 ois = new ObjectInputStream(bis);
 DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType) ois.writeObject();
 return deepProtoType;
 } catch (Exception e) {
 e.printStackTrace();
 return null;
 } finally {
 try {
 bos.close();
 oos.close();
 bis.close();
 ois.close();
 } catch (Exception e2) {
 System.out.println(e2.getMessage());
 }
 }
 }
}

总结

优点

原型模式的主要优点如下:

  • 当创建新的对象实例较为复杂时,使用原型模式可以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
  • 可以使用深拷贝方式保存对象的状态,使用原型模式将对象复制一份,并将其状态保存起来
  • 原型模式提供了简化的创建结构

缺点

原型模式的主要缺点如下:

  • 需要为每一个类都配置一个拷贝方法
  • 拷贝方法位于类的内部,当对已有类进行改造的时候,需要修改代码,违背了开闭原则
  • 当实现深拷贝的时候,需要编写较为复杂的代码,而且当对象之间存在多重嵌套引用时,为了实现深拷贝,每一层对象对应的类都必须支持深拷贝

适用场景

原型模式的适用场景如下:

  • 创建对象的成本较大,比如初始化时间长,占用 CPU 太多,或者占用网络资源太多等
  • 如果系统要保存对象的状态,而对象的状态变化很小,或者对象本身占用内存较小时,可以使用原型模式配合备忘录模式来实现
  • 如果产生一个对象需要非常繁琐的数据准备和访问权限,需要提高权限或提高安全性

源码

在 JDK 中,对自定义的类重写 clone() 方法就是典型的原型模式。

作者:程序员翔仔原文地址:https://www.cnblogs.com/fatedeity/p/16727727.html

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