设计模式之原型模式

写在前面

但我们看某个电影，或者是某个电视剧的时候，总会提到某某人是某某角色的原型，这里某某角色就好像是某某人的复制品一样，这里的原型设计模式也是如此，不过，这里的原型是一个对象，而原型设计模式就是指复制这个原型对象，生成一个新的对象。本文就一起来看下吧！

1：介绍

1.1：什么时候使用原型设计模式

当对象的创建成本比较大，比如一个对象的创建需要依赖于其它服务的调用，需要依赖于数据库的查询，则此时，就可以考虑使用原型设计模式，通过拷贝（克隆）的方式来生成新的对象。实际上，在java中，原型设计模式的实现是非常简单的，因为java天生支持克隆，只需要实现java.lang.Clonable接口标记该对象可以被克隆，则就可以调用clone方法（来自Object的native方法）来克隆对象了。

1.2：UML类图

原型设计模式，包含如下元素：

1：抽象原型类
    提供一个克隆方法的接口，在java中就是java.lang.Clonable
2：具体原型类
    实现抽象原型类，并实现其克隆方法，完成克隆
3：客户端类
    使用具体原型类的克隆方法完成对象的克隆，获取新对象

UML图如下：

2：实例

源码 。

2.1：场景

假定我们现在有了一个经过非常复杂的逻辑，经过数据库查询才创建出来的一个对象，并且该对象的创建每次都是如此，这里我们就是用原型设计模式来创建新的对象，避免性能损耗，以及提高对象创建的速度。

2.2：程序

• 抽象原型类
  即java.lang.Clonable，不需要我们额外编写了，如下：

public interface Cloneable {
}

• 具体原型类

public class Thing2 implements Cloneable {
    private ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();

    @Override
    public Thing2 clone() {
        Thing2 thing = null;
        try {
            thing = (Thing2) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("克隆失败");
        }
        return thing;
    }

    public void setValue(String value) {
        this.list.add(value);
    }

    public ArrayList getValue() {
        return this.list;
    }
}

• 客户端类

public class SimpleClone {
    public static void main(String[] args) {
        Thing2 thing = new Thing2();
        thing.setValue("张三");
        Thing2 cloneThing = thing.clone();
        cloneThing.setValue("李四");
        System.out.println("原始对象：" + thing.getValue());
        System.out.println("拷贝对象：" +cloneThing.getValue());
    }
}

运行：

原始对象：[张三, 李四]
拷贝对象：[张三, 李四]

注意到，拷贝出来的对象，添加了李四，也影响了原始的对象，出现这个问题的原因是java的克隆是浅拷贝，即对象类型和数组类型是不拷贝的，而这里的List就是对象类型，这里其实是个坑，很容易掉进去，因此我们要用深拷贝，做法也比较简单，直接对对象类型再拷贝重新赋值到克隆对象即可，修改clone方法如下：

@Override
public Thing1 clone() {
    Thing1 thing = null;
    try {
        thing = (Thing1) super.clone();
        thing.list = (ArrayList) this.list.clone();
    } catch (CloneNotSupportedException e) {
        e.printStackTrace();
        System.out.println("克隆失败");
    }
    return thing;
}

thing.list = (ArrayList) this.list.clone();这行代码就完成了深拷贝，此时再运行，结果如下：

原始对象：[张三]
拷贝对象：[张三, 李四]

3：原型设计模式变种

当具体原型对象，不是一个，而是多个时，为了方便获取克隆的原型对象，增加了原型管理器的角色，客户端类不需要自己调用克隆方法生成对象，而是通过原型管理器来获取克隆的对象，如下图:

先来定义两个具体产品类(有接口)：

public interface Shape extends Cloneable {
    public Object clone();    //拷贝

    public void countArea();    //计算面积
}

public class Circle implements Shape {
    public Object clone() {
        Circle w = null;
        try {
            w = (Circle) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            System.out.println("拷贝圆失败!");
        }
        return w;
    }

    public void countArea() {
        int r = 0;
        System.out.print("这是一个圆，请输入圆的半径：");
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        r = input.nextInt();
        System.out.println("该圆的面积=" + 3.1415 * r * r + "\n");
    }
}

public class Square implements Shape {
    public Object clone() {
        Square b = null;
        try {
            b = (Square) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            System.out.println("拷贝正方形失败!");
        }
        return b;
    }

    public void countArea() {
        int a = 0;
        System.out.print("这是一个正方形，请输入它的边长：");
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        a = input.nextInt();
        System.out.println("该正方形的面积=" + a * a + "\n");
    }
}

定义原型管理器类(有点工厂的意思了)：

public class ProtoTypeManager {
    private HashMap<String, Shape> ht = new HashMap<String, Shape>();

    public ProtoTypeManager() {
        ht.put("Circle", new Circle());
        ht.put("Square", new Square());
    }

    public void addshape(String key, Shape obj) {
        ht.put(key, obj);
    }

    public Shape getShape(String key) {
        Shape temp = ht.get(key);
        // 每次克隆新的，但是注意，这里是浅拷贝，实际中还是深拷贝，避免出现多个对象的引用类型属性指向同一个对象的情况
        return (Shape) temp.clone();
    }
}

测试：

public class ProtoTypeShape {
    public static void main(String[] args) {
        ProtoTypeManager pm = new ProtoTypeManager();
        Shape obj1 = (Circle) pm.getShape("Circle");
        obj1.countArea();
        Shape obj2 = (Shape) pm.getShape("Square");
        obj2.countArea();
    }
}

输出：

这是一个圆，请输入圆的半径：该圆的面积=28.2735
这是一个正方形，请输入它的边长：该正方形的面积=81

写在后面

参考文章列表

设计模式之原型模式（Prototype）详解及代码示例 。