创建型模式是用来创建对象的模式,抽象了实例化的过程,帮助一个系统独立于其他关联对象的创建、组合和表示方式。
原型模式目的:用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这些原型创建新的对象,进而减少在创建新对象上的性能开销。
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原型模式也是创建型的设计模式之一,本文是设计模式系列(共24节)的第4篇文章。
设计模式都从六大原则出发进行总结:《第一节:设计模式的六大原则》
创建型设计模式共5种:
Prototype(原型模式)属于创建型模式,既不是工厂也不是直接 New,而是以拷贝的方式创建对象。
原理:
Object 类的 clone() 方法是一个本地方法[参考:《JDK源码:Object类》],它可以直接操作内存中的二进制流,所以性能相对 new 实例化来说,更加优秀。(由于 Java 提供了对象拷贝的 clone() 方法,所以用 Java 实现原型模式很简单)
结构图:
Client 是发出指令的客户端,Prototype 是一个接口,描述了一个对象如何克隆自身,比如必须拥有 clone() 方法,而 ConcretePrototype 就是克隆具体的实现,不同对象有不同的实现来拷贝自身。
原型模式一般结合工厂方法模式一起使用,通过工厂方法暴露的API,返回某一类型对象的拷贝值(深拷贝&浅拷贝取决开发者实现)。
举例子1:
我们通过抽象类定义了三种图形形状:三角形、圆形、矩形。图形的抽象类 Shape 实现了 Cloneable 接口,并且覆盖了 clone 方法,是Java版本原型模式的通用做法。
public abstract class Shape implements Cloneable {
protected String type;
// 定义动作
abstract void draw();
public void setType(String type) {
this.type = type;
}
public String getType(){
return type;
}
//克隆方法
public Object clone() {
Object clone = null;
try {
clone = super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
return clone;
}
}
public class Circle extends Shape {
public Circle(){
type = "Circle";
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
}
}
public class Square extends Shape {
public Square(){
type = "Square";
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Square::draw() method.");
}
}
public class Rectangle extends Shape {
public Rectangle(){
type = "Rectangle";
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
}
}
接着我们对外提供一个工厂方法类:ShapeCacheFactory,它的作用是:初始化缓存池的原型对象 & 对外提供创建新对象的工厂方法API。
public class ShapeCacheFactory {
//缓存池,保存多种图形的唯一对象。
private static Hashtable<String, Shape> shapeMap
= new Hashtable<String, Shape>();
//结合工厂方法模式使用:当需要相同类型的图形时,从缓存池中取出对应的图形,然后复制一份给客户端。
public static Shape getShape(String shapeId) {
Shape cachedShape = shapeMap.get(shapeId);
return (Shape) cachedShape.clone();
}
// 添加三种形状到缓存池:三角形、圆形、矩形
public static void loadCache() {
Circle circle = new Circle();
circle.setType("Circle");
shapeMap.put(circle.getType(),circle);
Square square = new Square();
square.setType("Square");
shapeMap.put(square.getType(),square);
Rectangle rectangle = new Rectangle();
rectangle.setType("Rectangle");
shapeMap.put(rectangle.getType(),rectangle);
}
}
测试用例:
public class TestPrototypePattern {
public static void main(String[] args) {
//initialization
ShapeCacheFactory.loadCache();
//Circle Square Rectangle
Shape clonedShape = (Shape) ShapeCacheFactory.getShape("Circle");
System.out.println("Shape : " + clonedShape.getType());
Shape clonedShape2 = (Shape) ShapeCacheFactory.getShape("Square");
System.out.println("Shape : " + clonedShape2.getType());
Shape clonedShape3 = (Shape) ShapeCacheFactory.getShape("Rectangle");
System.out.println("Shape : " + clonedShape3.getType());
}
}
结果输出:
Shape : Circle
Shape : Square
Shape : Rectangle
原型模式的优点
Java 自带的原型模式基于内存二进制流的复制,在性能上比直接 new 一个对象更加优良。因为相对 new 来说,clone() 少了调用构造函数。如果构造函数中存在大量属性初始化或大对象,则使用 clone() 的复制对象的方式性能会好一些。
原型模式的缺点
1、配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑,这对于全新的类不是很难,但对于已有的类不一定很容易,特别当一个类引用不支持串行化的间接对象,或者引用含有循环结构的时候。
2、必须实现 Cloneable 接口。
原型模式在开源框架中的应用也非常广泛,在使用了Spring的web工程中,除非特殊情况,我们都会选择使用Spring的IOC功能来管理Bean,而不是用到时去new一个。例如 Spring 中,@Service 默认都是单例的。
Spring定义了多种作用域,可以基于这些作用域创建bean,包括:
因为Spring管理的Bean默认是单例的(即Spring创建好Bean,需要时就拿来用,而不是每次用到时都去new,又快性能又好),但有时候单例并不满足要求(例如出现的线程安全问题,参考《单例模式》),这时可以使用@Scope("prototype")
注解,可以通知Spring把被注解的Bean变成多例。(篇幅所限,后续讲解spring源码时再一起详细探讨)
本节主要讲解了原型模式的实现方法和优缺点,另外补充了spring源码使用到的原型模式案例:@Scope("prototype")。一般开发中,我们遇到需要大量复制同一对象的场景,使用原型模式都是不错的选择,且效率好。
另外,创建型设计模式还包括:抽象工厂模式和建造者模式,待后续我们再细细解读。