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。
类型:创建类模式
类图:
原型模式主要用于对象的复制,它的核心是就是类图中的原型类Prototype。Prototype类需要具备以下两个条件:
实现Cloneable接口。在java语言有一个Cloneable接口,它的作用只有一个,就是在运行时通知虚拟机可以安全地在实现了此接口的类上使用clone方法。在java虚拟机中,只有实现了这个接口的类才可以被拷贝,否则在运行时会抛出CloneNotSupportedException异常。
重写Object类中的clone方法。Java中,所有类的父类都是Object类,Object类中有一个clone方法,作用是返回对象的一个拷贝,但是其作用域protected类型的,一般的类无法调用,因此,Prototype类需要将clone方法的作用域修改为public类型。
原型模式是一种比较简单的模式,也非常容易理解,实现一个接口,重写一个方法即完成了原型模式。在实际应用中,原型模式很少单独出现。经常与其他模式混用,他的原型类Prototype也常用抽象类来替代。
class Prototype implements Cloneable { public Prototype clone(){ Prototype prototype = null; try{ prototype = (Prototype)super.clone(); }catch(CloneNotSupportedException e){ e.printStackTrace(); } return prototype; }}class ConcretePrototype extends Prototype{ public void show(){ System.out.println("原型模式实现类"); }}public class Client { public static void main(String[] args){ ConcretePrototype cp = new ConcretePrototype(); for(int i=0; i< 10; i++){ ConcretePrototype clonecp = (ConcretePrototype)cp.clone(); clonecp.show(); } }}
Java中任何实现了Cloneable接口的类都可以通过调用clone()方法来复制一份自身然后传给调用者。一般而言,clone()方法满足: (1) 对任何的对象x,都有x.clone() !=x,即克隆对象与原对象不是同一个对象。 (2) 对任何的对象x,都有x.clone().getClass()==x.getClass(),即克隆对象与原对象的类型一样。 (3) 如果对象x的equals()方法定义恰当,那么x.clone().equals(x)应该成立。
注意:以上方式实现的拷贝为浅拷贝~
如果要实现深拷贝,必须将原型模式中的数组、容器对象、引用对象等另行拷贝,例如:
方式一:
public class Prototype implements Cloneable { private ArrayList list = new ArrayList(); public Prototype clone(){ Prototype prototype = null; try{ prototype = (Prototype)super.clone(); prototype.list = (ArrayList) this.list.clone(); }catch(CloneNotSupportedException e){ e.printStackTrace(); } return prototype; }}
由于ArrayList不是基本类型,所以成员变量list,不会被拷贝,需要我们自己实现深拷贝,幸运的是java提供的大部分的容器类都实现了Cloneable接口。所以实现深拷贝并不是特别困难。
方式二:
利用序列化实现深拷贝
把对象写到流里的过程是序列化(Serialization)过程;而把对象从流中读出来的过程则叫反序列化(Deserialization)过程。应当指出的是,写到流里的是对象的一个拷贝,而原对象仍然存在于JVM里面。
在Java语言里深度克隆一个对象,常常可以先使对象实现Serializable接口,然后把对象(实际上只是对象的拷贝)写到一个流里(序列化),再从流里读回来(反序列化),便可以重建对象。public class DeepClone implements Serializable{ private int a; private String b; private int[] c; public int getA() { return a; } public void setA(int a) { this.a = a; } public String getB() { return b; } public void setB(String b) { this.b = b; } public int[] getC() { return c; } public void setC(int[] c) { this.c = c; }}
public Object deepClone(Object src) { Object o = null; try { if (src != null) { // 将对象写到流里 ByteArrayOutputStream baos =new ByteArrayOutputStream(); ObjectOutputStream oos = newObjectOutputStream(baos); oos.writeObject(src); oos.close(); // 将对象从流里读出来 ByteArrayInputStream bais = newByteArrayInputStream(baos .toByteArray()); ObjectInputStream ois = newObjectInputStream(bais); o = ois.readObject(); ois.close(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } return o; }
原型模式的优点及适用场景
使用原型模式创建对象比直接new一个对象在性能上要好的多,因为Object类的clone方法是一个本地方法,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。
使用原型模式的另一个好处是简化对象的创建,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。
因为以上优点,所以在需要重复地创建相似对象时可以考虑使用原型模式。比如需要在一个循环体内创建对象,假如对象创建过程比较复杂或者循环次数很多的话,使用原型模式不但可以简化创建过程,而且可以使系统的整体性能提高很多。
原型模式向客户隐藏了创建对象的复杂性。客户只需要知道要创建对象的类型,然后通过请求就可以获得和该对象一模一样的新对象,无须知道具体的创建过程。注意深浅拷贝的区别~