Android的设计模式-原型模式

前言

Android的设计模式系列文章介绍,欢迎关注,持续更新中:

Android的设计模式-设计模式的六大原则
一句话总结23种设计模式则
创建型模式:
Android的设计模式-单例模式
Android的设计模式-建造者模式
Android的设计模式-工厂方法模式
Android的设计模式-简单工厂模式
Android的设计模式-抽象工厂模式
Android的设计模式-原型模式
行为型模式:
Android的设计模式-策略模式
Android的设计模式-状态模式
Android的设计模式-责任链模式
Android的设计模式-观察者模式
Android的设计模式-模板方法模式
Android的设计模式-迭代器模式
Android的设计模式-备忘录模式
Android的设计模式-访问者模式
Android的设计模式-中介者模式
Android的设计模式-解释器模式
Android的设计模式-命令模式
结构型模式:
Android的设计模式-代理模式
Android的设计模式-组合模式
Android的设计模式-适配器模式
Android的设计模式-装饰者模式
Android的设计模式-享元模式
Android的设计模式-外观模式
Android的设计模式-桥接模式

1.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。

2.介绍

  • 原型模式属于创建型模式。
  • 一个已存在的对象(即原型),通过复制原型的方式来创建一个内部属性跟原型都一样的新的对象,这就是原型模式。
  • 原型模式的核心是clone方法,通过clone方法来实现对象的拷贝。

3.UML类图

原型模式UML类图.jpg

3.1 角色说明:

  • Prototype(抽象原型类):抽象类或者接口,用来声明clone方法。
  • ConcretePrototype1、ConcretePrototype2(具体原型类):即要被复制的对象。
  • Client(客户端类):即要使用原型模式的地方。

4.实现

4.1 Prototype(抽象原型类)
  • 通常情况下,Prototype是不需要我们去定义的。因为拷贝这个操作十分常用,Java中提供了Cloneable接口来支持拷贝操作,它就是原型模式中的Prototype。
  • 当然,原型模式也未必非得去实现Cloneable接口,也有其他的实现方式。
4.2 创建具体原型类

实现Cloneable接口:

//具体原型类,卡片类
public class Card implements Cloneable {//实现Cloneable接口,Cloneable只是标识接口
    private int num;//卡号

    private Spec spec = new Spec();//卡规格

    public Card() {
        System.out.println("Card 执行构造函数");
    }

    public void setNum(int num) {
        this.num = num;
    }

    public void setSpec(int length, int width) {
        spec.setLength(length);
        spec.setWidth(width);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Card{" +
                "num=" + num +
                ", spec=" + spec +
                '}';
    }

    @Override
    protected Card clone() throws CloneNotSupportedException {//重写clone()方法,clone()方法不是Cloneable接口里面的,而是Object里面的
            System.out.println("clone时不执行构造函数");
            return (Card) super.clone();
    }
}

//规格类,有长和宽这两个属性
public class Spec {
    private int width;
    private int length;

    public void setLength(int length) {
        this.length = length;
    }

    public void setWidth(int width) {
        this.width = width;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Spec{" +
                "width=" + width +
                ", length=" + length +
                '}';
    }
}
4.3 创建客户端类

即要使用原型模式的地方:

    public class Client {
        public void test() throws CloneNotSupportedException {
        
            Card card1 = new Card();
            card1.setNum(9527);
            card1.setSpec(10, 20);
            System.out.println(card1.toString());
            System.out.println("----------------------");

            Card card2 = card1.clone();
            System.out.println(card2.toString());
            System.out.println("----------------------");
        }
    }
输出结果:
Card 执行构造函数
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
----------------------
clone时不执行构造函数
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
----------------------
说明:
  1. clone对象时不会执行构造函数
  2. clone方法不是Cloneable接口中的,而是Object中的方法。Cloneable是个标识接口,表面了这个对象是可以拷贝的,如果没有实现Cloneable接口却调用clone方法则会报错。

但是,如果执行下面的代码:

    Card card1 = new Card();
    card1.setNum(9527);
    card1.setSpec(10, 20);
    System.out.println(card1.toString());
    System.out.println("----------------------");

    Card card2 = card1.clone();
    System.out.println(card2.toString());
    System.out.println("----------------------");

    card2.setNum(7259);
    System.out.println(card1.toString());
    System.out.println(card2.toString());
    System.out.println("----------------------");

    card2.setSpec(30, 40);
    System.out.println(card1.toString());
    System.out.println(card2.toString());
    System.out.println("----------------------");
其输出结果为:
Card 执行构造函数
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
----------------------
clone时不执行构造函数
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
----------------------
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
Card{num=7259, spec=Spec{width=20, length=10}}
----------------------
Card{num=9527, spec=Spec{width=40, length=30}}
Card{num=7259, spec=Spec{width=40, length=30}}
----------------------

我们会发现,修改了拷贝对象的引用类型(即Spec字段)时,原来的对象的值也跟着改变了;但是修改基本对象(num字段)时,原来的对象的值却不会改变。这就涉及到深拷贝和浅拷贝了。

5. 深拷贝和浅拷贝

5.1 浅拷贝

上面的例子实际上就是一个浅拷贝,如下图所示:


浅拷贝.png

由于num是基本数据类型,因此直接将整数值拷贝过来就行。但是spec是Spec类型的, 它只是一个引用,指向一个真正的Spec对象,那么对它的拷贝有两种方式:

  1. 直接将源对象中的spec的引用值拷贝给新对象的spec字段,这种拷贝方式就叫浅拷贝。

5.2 深拷贝

另外一种拷贝方式就是根据原Card对象中的spec指向的对象创建一个新的相同的对象,将这个新对象的引用赋给新拷贝的Card对象的spec字段。这种拷贝方式就叫深拷贝,如下图所示:

深拷贝.png

5.3 原型模式改造

那么,我们对上面原型模式的例子进行改造,使其实现深拷贝,这就需要在Card的clone方法中,将源对象引用的Spec对象也clone一份。

    public static class Card implements Cloneable {
        private int num;

        private Spec spec = new Spec();

        public Card() {
            System.out.println("Card 执行构造函数");
        }

        public void setNum(int num) {
            this.num = num;
        }

        public void setSpec(int length, int width) {
            spec.setLength(length);
            spec.setWidth(width);
        }

        @Override
            public String toString() {
            return "Card{" +
                "num=" + num +
                ", spec=" + spec +
                '}';
        }

        @Override
            protected Card clone() throws CloneNotSupportedException {
            System.out.println("clone时不执行构造函数");
            Card card = (Card) super.clone();
            card.spec = (Spec) spec.clone();//对spec对象也调用clone,实现深拷贝
            return card;
        }

    }

    public static class Spec implements Cloneable {//Spec也实现Cloneable接口
        private int width;
        private int length;

        public void setLength(int length) {
            this.length = length;
        }

        public void setWidth(int width) {
            this.width = width;
        }

        @Override
            public String toString() {
            return "Spec{" +
                "width=" + width +
                ", length=" + length +
                '}';
        }

        @Override
            protected Spec clone() throws CloneNotSupportedException {//重写Spec的clone方法
            return (Spec) super.clone();
        }
    }

测试代码:

    Card card1 = new Card();
    card1.setNum(9527);
    card1.setSpec(10, 20);
    System.out.println(card1.toString());
    System.out.println("----------------------");

    Card card2 = card1.clone();
    System.out.println(card2.toString());
    System.out.println("----------------------");

    card2.setNum(7259);
    System.out.println(card1.toString());
    System.out.println(card2.toString());
    System.out.println("----------------------");

    card2.setSpec(30, 40);
    System.out.println(card1.toString());
    System.out.println(card2.toString());
    System.out.println("----------------------");

其输出结果为:

Card 执行构造函数
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
----------------------
clone时不执行构造函数
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
----------------------
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
Card{num=7259, spec=Spec{width=20, length=10}}
----------------------
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
Card{num=7259, spec=Spec{width=40, length=30}}
----------------------

由此可见,card1和card2内的spec引用指向了不同的Spec对象, 也就是说在clone Card对象的同时,也拷贝了它所引用的Spec对象, 进行了深拷贝。

6. 应用场景

  • 如果初始化一个类时需要耗费较多的资源,比如数据、硬件等等,可以使用原型拷贝来避免这些消耗。
  • 通过new创建一个新对象时如果需要非常繁琐的数据准备或者访问权限,那么也可以使用原型模式。
  • 一个对象需要提供给其他对象访问,而且各个调用者可能都需要修改其值时,可以拷贝多个对象供调用者使用,即保护性拷贝。

7. 优点

  • 可以解决复杂对象创建时消耗过多的问题,在某些场景下提升创建对象的效率。
  • 保护性拷贝,可以防止外部调用者对对象的修改,保证这个对象是只读的。

8. 缺点

  • 拷贝对象时不会执行构造函数。
  • 有时需要考虑深拷贝和浅拷贝的问题。

9. Android中的源码分析

Android中的Intent就实现了Cloneable接口,但是clone()方法中却是通过new来创建对象的。

 public class Intent implements Parcelable, Cloneable {
        //其他代码略
        @Override
        public Object clone() {
            return new Intent(this);//这里没有调用super.clone()来实现拷贝,而是直接通过new来创建
        }

        public Intent(Intent o) {
            this.mAction = o.mAction;
            this.mData = o.mData;
            this.mType = o.mType;
            this.mPackage = o.mPackage;
            this.mComponent = o.mComponent;
            this.mFlags = o.mFlags;
            this.mContentUserHint = o.mContentUserHint;
            if (o.mCategories != null) {
                this.mCategories = new ArraySet<String>(o.mCategories);
            }
            if (o.mExtras != null) {
                this.mExtras = new Bundle(o.mExtras);
            }
            if (o.mSourceBounds != null) {
                this.mSourceBounds = new Rect(o.mSourceBounds);
            }
            if (o.mSelector != null) {
                this.mSelector = new Intent(o.mSelector);
            }
            if (o.mClipData != null) {
                this.mClipData = new ClipData(o.mClipData);
            }
        }
    }

总结 :

  • 实际上,调用clone()构造对象时并不一定比new快,使用clone()还是new来创建对象需要根据构造对象的成本来决定,如果对象的构造成本比较高或者构造比较麻烦,那么使用clone()的效率比较高,否则使用new。

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