Java原型模式

原型模式(Prototype Pattern)是用于創(chuàng)建重復的對象，同時又能保證性能。這種類型的設計模式屬于創(chuàng)建型模式，它提供了一種創(chuàng)建對象的最佳方式。

這種模式是實現(xiàn)了一個原型接口，該接口用于創(chuàng)建當前對象的克隆。當直接創(chuàng)建對象的代價比較大時，則采用這種模式。例如，一個對象需要在一個高代價的數(shù)據(jù)庫操作之后被創(chuàng)建。我們可以緩存該對象，在下一個請求時返回它的克隆，在需要的時候更新數(shù)據(jù)庫，以此來減少數(shù)據(jù)庫調(diào)用。

介紹

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

主要解決：在運行期建立和刪除原型。

何時使用：

⒈當一個系統(tǒng)應該獨立于它的產(chǎn)品創(chuàng)建，構(gòu)成和表示時。

⒉當要實例化的類是在運行時刻指定時，例如，通過動態(tài)裝載。

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

⒋當一個類的實例只能有幾個不同狀態(tài)組合中的一種時。建立相應數(shù)目的原型并克隆它們可能比每次用合適的狀態(tài)手工實例化該類更方便一些。

如何解決：利用已有的一個原型對象，快速地生成和原型對象一樣的實例。

關(guān)鍵代碼：

⒈實現(xiàn)克隆操作，在 JAVA 繼承 Cloneable，重寫 clone()，在 .NET 中可以使用 Object 類的 MemberwiseClone() 方法來實現(xiàn)對象的淺拷貝或通過序列化的方式來實現(xiàn)深拷貝。

⒉原型模式同樣用于隔離類對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。

應用實例：

⒈細胞分裂。

⒉JAVA 中的 Object clone() 方法。

優(yōu)點：

⒈性能提高。

⒉逃避構(gòu)造函數(shù)的約束。

缺點：

⒈配備克隆方法需要對類的功能進行通盤考慮，這對于全新的類不是很難，但對于已有的類不一定很容易，特別當一個類引用不支持串行化的間接對象，或者引用含有循環(huán)結(jié)構(gòu)的時候。

⒉必須實現(xiàn) Cloneable 接口。

使用場景：

⒈資源優(yōu)化場景。

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

⒊性能和安全要求的場景。

⒋通過 new 產(chǎn)生一個對象需要非常繁瑣的數(shù)據(jù)準備或訪問權(quán)限，則可以使用原型模式。

⒌一個對象多個修改者的場景。

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

⒎在實際項目中，原型模式很少單獨出現(xiàn)，一般是和工廠方法模式一起出現(xiàn)，通過 clone 的方法創(chuàng)建一個對象，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，大家可以隨手拿來使用。

注意事項：與通過對一個類進行實例化來構(gòu)造新對象不同的是，原型模式是通過拷貝一個現(xiàn)有對象生成新對象的。淺拷貝實現(xiàn) Cloneable，重寫，深拷貝是通過實現(xiàn) Serializable 讀取二進制流。

實現(xiàn)

我們將創(chuàng)建一個抽象類 Shape 和擴展了 Shape 類的實體類。下一步是定義類 ShapeCache，該類把 shape 對象存儲在一個 Hashtable 中，并在請求的時候返回它們的克隆。

PrototypePatternDemo，我們的演示類使用 ShapeCache 類來獲取 Shape 對象。

步驟 1

創(chuàng)建一個實現(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)建擴展了上面抽象類的實體類。

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)建一個類，從數(shù)據(jù)庫獲取實體類，并把它們存儲在一個 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();
   }
 
   // 對每種形狀都運行數(shù)據(jù)庫查詢，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 類來獲取存儲在 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