原型(Prototype)模式

　　原型模式属于对象的创建模式。通过给出一个原型对象来指明所有创建的对象的类型，然后用复制这个原型对象的办法创建出更多同类型的对象。这就是原型模式的用意。
原型模式的结构
　　原型模式要求对象实现一个可以“克隆”自身的接口，这样就可以通过复制一个实例对象本身来创建一个新的实例。这样一来，通过原型实例创建新的对象，就不再需要关心这个实例本身的类型，只要实现了克隆自身的方法，就可以通过这个方法来获取新的对象，而无须再去通过new来创建。原型模式有两种表现形式：简单形式、登记形式，这两种表现形式仅仅是原型模式的不同实现。
简单形式的原型模式
　　这种形式涉及到三个角色：

  • 客户(Client)角色：客户类提出创建对象的请求。
  • 抽象原型(Prototype)角色：这是一个抽象角色，通常由一个Java接口或Java抽象类实现。此角色给出所有的具体原型类所需的接口。
  • 具体原型（Concrete Prototype）角色：被复制的对象。此角色需要实现抽象的原型角色所要求的接口。

源代码

//@类说明 ：抽象原型角色
public interface Prototype {
    //@return 一个从自身克隆出来的对象
       public Prototype clone();
}  

// @类说明 ：具体原型角色
public class ConcretePrototype1 implements Prototype {
    public Prototype clone() {
        // 最简单的克隆，新建一个自身对象，由于没有属性就不再复制值了
        Prototype prototype = new ConcretePrototype1();
        return prototype;
    }
}  

// @类说明 ：具体原型角色
public class ConcretePrototype2 implements Prototype {
    public Prototype clone() {
        // 最简单的克隆，新建一个自身对象，由于没有属性就不再复制值了
        Prototype prototype = new ConcretePrototype2();
        return prototype;
    }
}  

// @类说明 ：客户端角色
public class Client {
    @Test
    public void testPrototype() {
        new testPrototype(new ConcretePrototype1()).operation();
    }
}  

class testPrototype {
    // 持有需要使用的原型接口对象
    public Prototype prototype;
    // 构造方法，传入需要使用的原型接口对象
    public testPrototype(Prototype prototype) {
        this.prototype = prototype;
    }
    public void operation() {
        // 需要创建原型接口的对象
        System.out.println("获取的原型为："+this.prototype.clone().getClass().getSimpleName()+".java");
    }
}

登记形式的原型模式
　　作为原型模式的第二种形式，它多了一个原型管理器(PrototypeManager)角色，该角色的作用是：创建具体原型类的对象，并记录每一个被创建的对象。
源代码

// @类说明 ：抽象原型角色
public interface Prototype {
    public Prototype clone();
    public String getName();
    public void setName(String name);
}  

//@类说明 ：具体原型角色
public class ConcretePrototype1 implements Prototype {
    private String name;
    public Prototype clone() {
        ConcretePrototype1 prototype = new ConcretePrototype1();
        return prototype;
    }
    public String toString() {
        return "Now in Prototype1 , name = " + this.name;
    }
    @Override
    public String getName() {
        return name;
    }
    @Override
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}  

// @类说明 ：具体原型角色
public class ConcretePrototype2 implements Prototype {
    private String name;
    public Prototype clone() {
        ConcretePrototype2 prototype = new ConcretePrototype2();
        return prototype;
    }
    public String toString() {
        return "Now in Prototype2 , name = " + this.name;
    }
    @Override
    public String getName() {
        return name;
    }
    @Override
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}  

//原型管理器角色保持一个聚集，作为对所有原型对象的登记，这个角色提供必要的方法，供外界增加新的原型对象和取得已经登记过的原型对象。
// @类说明 ：原型管理器角色保持一个聚集，作为对所有原型对象的登记，这个角色提供必要的方法，供外界增加新的原型对象和取得已经登记过的原型对象。
public class PrototypeManager {
    // 用来记录原型的编号和原型实例的对应关系
    private static Map<String, Prototype> map = new HashMap<String, Prototype>();
    // 私有化构造方法，避免外部创建实例
    private PrototypeManager() {  

    }
      public synchronized static void setPrototype(String prototypeId, Prototype prototype) {
        map.put(prototypeId, prototype);
    }
      public synchronized static void removePrototype(String prototypeId) {
        map.remove(prototypeId);
    }
    public synchronized static Prototype getPrototype(String prototypeId) throws Exception {
        Prototype prototype = map.get(prototypeId);
        if (prototype == null) {
            throw new Exception("您希望获取的原型还没有注册或已被销毁");
        }
        return prototype;
    }
}  

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Prototype p1 = new ConcretePrototype1();
            PrototypeManager.setPrototype("p1", p1);
            // 获取原型来创建对象
            Prototype p3 = PrototypeManager.getPrototype("p1").clone();
            p3.setName("张三");
            System.out.println("第一个实例：" + p3);
            // 有人动态的切换了实现
            Prototype p2 = new ConcretePrototype2();
            PrototypeManager.setPrototype("p1", p2);
            // 重新获取原型来创建对象
            Prototype p4 = PrototypeManager.getPrototype("p1").clone();
            p4.setName("李四");
            System.out.println("第二个实例：" + p4);
            // 有人注销了这个原型
            PrototypeManager.removePrototype("p1");
            // 再次获取原型来创建对象
            Prototype p5 = PrototypeManager.getPrototype("p1").clone();
            p5.setName("王五");
            System.out.println("第三个实例：" + p5);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

两种形式的比较
　　简单形式和登记形式的原型模式各有其长处和短处。如果需要创建的原型对象数目较少而且比较固定的话，可以采取第一种形式。在这种情况下，原型对象的引用可以由客户端自己保存。如果要创建的原型对象数目不固定的话，可以采取第二种形式。在这种情况下，客户端不保存对原型对象的引用，这个任务被交给管理员对象。在复制一个原型对象之前，客户端可以查看管理员对象是否已经有一个满足要求的原型对象。如果有，可以直接从管理员类取得这个对象引用；如果没有，客户端就需要自行复制此原型对象。
Java中的克隆方法
Java的所有类都是从java.lang.Object类继承而来的，而Object类提供protected Object clone()方法对对象进行复制，子类当然也可以把这个方法置换掉，提供满足自己需要的复制方法。对象的复制有一个基本问题，就是对象通常都有对其他的对象的引用。当使用Object类的clone()方法来复制一个对象时，此对象对其他对象的引用也同时会被复制一份.
　　Java语言提供的Cloneable接口只起一个作用，就是在运行时期通知Java虚拟机可以安全地在这个类上使用clone()方法。通过调用这个clone()方法可以得到一个对象的复制。由于Object类本身并不实现Cloneable接口，因此如果所考虑的类没有实现Cloneable接口时，调用clone()方法会抛出CloneNotSupportedException异常。
克隆满足的条件
　　clone()方法将对象复制了一份并返还给调用者。所谓“复制”的含义与clone()方法是怎么实现的。一般而言，clone()方法满足以下的描述：

  1. 对任何的对象x，都有：x.clone()!=x。换言之，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()，换言之，克隆对象与原对象的类型一样。
  3. 如果对象x的equals()方法定义其恰当的话，那么x.clone().equals(x)应当成立的。

　　在JAVA语言的API中，凡是提供了clone()方法的类，都满足上面的这些条件。JAVA语言的设计师在设计自己的clone()方法时，也应当遵守着三个条件。一般来说，上面的三个条件中的前两个是必需的，而第三个是可选的。
浅克隆和深克隆
　　无论你是自己实现克隆方法，还是采用Java提供的克隆方法，都存在一个浅度克隆和深度克隆的问题。
　　浅度克隆:只负责克隆按值传递的数据（比如基本数据类型、String类型），而不复制它所引用的对象，换言之，所有的对其他对象的引用都仍然指向原来的对象。
　　深度克隆:除了浅度克隆要克隆的值外，还负责克隆引用类型的数据。那些引用其他对象的变量将指向被复制过的新对象，而不再是原有的那些被引用的对象。换言之，深度克隆把要复制的对象所引用的对象都复制了一遍，而这种对被引用到的对象的复制叫做间接复制。
　　深度克隆要深入到多少层，是一个不易确定的问题。在决定以深度克隆的方式复制一个对象的时候，必须决定对间接复制的对象时采取浅度克隆还是继续采用深度克隆。因此，在采取深度克隆时，需要决定多深才算深。此外，在深度克隆的过程中，很可能会出现循环引用的问题，必须小心处理。
利用序列化实现深度克隆
　　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  Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException{
        //将对象写到流里
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
        oos.writeObject(this);
        //从流里读回来
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
        return ois.readObject();
}

　　这样做的前提就是对象以及对象内部所有引用到的对象都是可序列化的，否则，就需要仔细考察那些不可序列化的对象可否设成transient，从而将之排除在复制过程之外。浅度克隆显然比深度克隆更容易实现，因为Java语言的所有类都会继承一个clone()方法，而这个clone()方法所做的是浅度克隆。有一些对象，比如线程(Thread)对象或Socket对象，是不能简单复制或共享的。不管是使用浅度克隆还是深度克隆，只要涉及这样的间接对象，就必须把间接对象设成transient而不予复制；或者由程序自行创建出相当的同种对象，权且当做复制件使用。
孙大圣的身外身法术
　　孙大圣的身外身本领如果在Java语言里使用原型模式来实现的话，会怎么样呢？首先，齐天大圣(The Greatest Sage)即TheGreatestSage类扮演客户角色。齐天大圣持有一个猢狲（Monkey）的实例，而猢狲就是大圣本尊。Monkey类具有继承自java.lang.Object的clone()方法，因此，可以通过调用这个克隆方法来复制一个Monkey实例。

//孙大圣本人用TheGreatestSage类代表
public class TheGreatestSage {
    private Monkey monkey = new Monkey();
    public void change(){
        //克隆大圣本尊
        Monkey copyMonkey = (Monkey)monkey.clone();
        System.out.println("大圣本尊的生日是：" + monkey.getBirthDate());
        System.out.println("克隆的大圣的生日是：" + monkey.getBirthDate());
        System.out.println("大圣本尊跟克隆的大圣是否为同一个对象 " + (monkey == copyMonkey));
        System.out.println("大圣本尊持有的金箍棒 跟 克隆的大圣持有的金箍棒是否为同一个对象？ " + (monkey.getStaff() == copyMonkey.getStaff()));
    }
    public static void main(String[]args){
        TheGreatestSage sage = new TheGreatestSage();
        sage.change();
    }
}  

//大圣本尊由Monkey类代表，这个类扮演具体原型角色：
public class Monkey implements Cloneable {
    private int height;
    private int weight;
    private Date birthDate;
    private GoldRingedStaff staff;
    public Monkey(){
        this.birthDate = new Date();
        this.staff = new GoldRingedStaff();
    }
    // 克隆方法
    public Object clone(){
        Monkey temp = null;
        try {
            temp = (Monkey) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
           // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        } finally {
            return temp;
        }
    }
  ...
}  

//大圣还持有一个金箍棒的实例，金箍棒类GoldRingedStaff:
public class GoldRingedStaff {
    private float height = 100.0f;
    private float diameter = 10.0f;
    // 增长行为，每次调用长度和半径增加一倍
    public void grow(){
        this.diameter *= 2;
        this.height *= 2;
    }
    // 缩小行为，每次调用长度和半径减少一半
     public void shrink(){
        this.diameter /= 2;
        this.height /= 2;
    }
}

　　当运行TheGreatestSage类时，首先创建大圣本尊对象，而后浅度克隆大圣本尊对象。
　　正如前面所述，继承自java.lang.Object类的clone()方法是浅克隆。换言之，齐天大圣的所有化身所持有的金箍棒引用全都是指向一个对象的，这与《西游记》中的描写并不一致。要纠正这一点，就需要考虑使用深克隆。为做到深度克隆，所有需要复制的对象都需要实现java.io.Serializable接口。

//孙大圣的源代码：
public class TheGreatestSage {
    private Monkey monkey = new Monkey();
    public void change() throws IOException, ClassNotFoundException{
        Monkey copyMonkey = (Monkey)monkey.deepClone();
        System.out.println("大圣本尊的生日是：" + monkey.getBirthDate());
        System.out.println("克隆的大圣的生日是：" + monkey.getBirthDate());
        System.out.println("大圣本尊跟克隆的大圣是否为同一个对象 " + (monkey == copyMonkey));
        System.out.println("大圣本尊持有的金箍棒 跟 克隆的大圣持有的金箍棒是否为同一个对象？ " + (monkey.getStaff() == copyMonkey.getStaff()));
    }
    public static void main(String[]args) throws IOException, ClassNotFoundException{
        TheGreatestSage sage = new TheGreatestSage();
        sage.change();
    }
}  

//在大圣本尊Monkey类里面，有两个克隆方法，一个是clone()，也即浅克隆；另一个是//deepClone()，也即深克隆。在深克隆方法里，大圣本尊对象（一个拷贝）被序列化，然//后又被反序列化。反序列化的对象就成了一个深克隆的结果。
public class Monkey implements Cloneable,Serializable {
    private int height;
    private int weight;
    private Date birthDate;
    private GoldRingedStaff staff;
        public Monkey(){
        this.birthDate = new Date();
        staff = new GoldRingedStaff();
    }  

    //浅克隆方法
    public Object clone(){
        Monkey temp = null;
        try {
            temp = (Monkey) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            return temp;
        }
    }
//深克隆
    public  Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException{
        //将对象写到流里
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
        oos.writeObject(this);
        //从流里读回来
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
        return ois.readObject();
    }
...
}  

//可以看到，大圣本尊持有一个金箍棒（GoldRingedStaff）的实例。在大圣复制件里面，//此金箍棒实例是原大圣本尊对象所持有的金箍棒对象的一个拷贝。在大圣本尊对象被序列//化和反序列化时，它所持有的金箍棒对象也同时被序列化和反序列化，这使得复制的大圣//的金箍棒和原大圣本尊对象所持有的金箍棒对象是两个独立的对象。
public class GoldRingedStaff implements Serializable{
    private float height = 100.0f;
    private float diameter = 10.0f;
    // 增长行为，每次调用长度和半径增加一倍
    public void grow(){
        this.diameter *= 2;
        this.height *= 2;
    }
    // 缩小行为，每次调用长度和半径减少一半
    public void shrink(){
        this.diameter /= 2;
        this.height /= 2;
    }
}

原型模式的优点
　　原型模式允许在运行时动态改变具体的实现类型。原型模式可以在运行期间，由客户来注册符合原型接口的实现类型，也可以动态地改变具体的实现类型，看起来接口没有任何变化，但其实运行的已经是另外一个类实例了。因为克隆一个原型就类似于实例化一个类。
原型模式的缺点
　　原型模式最主要的缺点是每一个类都必须配备一个克隆方法。配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类来说不是很难，而对于已经有的类不一定很容易，特别是当一个类引用不支持序列化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。

时间： 2024-10-10 22:54:31

原型(Prototype)模式的相关文章

Java 实现原型(Prototype)模式

public class BaseSpoon implements Cloneable {//spoon 匙, 调羹 String name; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } @Override protected BaseSpoon clone() throws CloneNotSupportedException { System.o

设计模式--原型(Prototype)模式

写这些也许有人认为“为了模式而模式”.Insus.NET所想到的,每个大师成为大师之前,也许都得这样做. 走路,从小就开始学,直至现在,谁还不是为了走路而走路?一直重复着...... 很多人没有分享自己的经验,分享自己的过程,分享这东西,它不会因为分享而变少了...... 感动的故事,是因为分享了历程而让人感动...... 设计模式,在ASP.NET开发过程中,确实很多环境应用得到,也许只因为时间与效率问题,使用了最直接的方法来解决了.往往给以来的维护带来了繁杂变得难以进行. 进入主题,先看看这

克隆复制可使用原型( Prototype)设计模式

今天有学习设计模式的原型(Prototype)<设计模式--原型(Prototype)模式>http://www.cnblogs.com/insus/p/4152773.html .为了加强了解与认识,现再做一个练习. 创建一个原型接口: 创建一个用户控件,并实现接口: 现在网页中有一个按钮,用户点一点这个铵钮,能动态添加这个用户控件,每点击一次,克隆复制一个: 演示: 源代码下载:http://download.cnblogs.com/insus/CSharpNET/uc_prototype

Java原型模式（Prototype模式）

Prototype模式定义: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. Prototype模式允许一个对象再创建另外一个可定制的对象,根本无需知道任何如何创建的细节,工作原理是:通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象,这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝它们自己来实施创建. 如何使用原型模式 因为Java中的提供clone()方法来实现对象的克隆,所以Prototype模式实现一下子变得很简单.以勺子为例: public abstract class Abstrac

菜鸟学设计模式系列笔记之Prototype模式（原型模式）

菜鸟学设计模式系列笔记之Prototype模式: Intent: 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 Motivation:以一个已有的对象作为原型,通过它来创建新的对象. 在增加新的对象的时候,新对象的细节创建工作由自己来负责,从而使新对象的创建过程与框架隔离开来. 应用场景: (1)当一个系统应该独立于它的产品创建.构成和表示时 (2)当要实例化的类是在运行时刻指定时,例如动态加载 (3)为了避免创建一个产品类层次平行的工厂类层次时 (4)当一个类的实例只能有几个

JS原型,Prototype,原型

对于javascript这样一种前端语言,个人觉得,要真正的理解其oop, 就必须要彻底搞清楚javascript的对象,原型链,作用域,闭包,以及this所引用的对象等概念.这些对弄明白了,应该就可以比较自信的驾驭这种语言了. 大家都知道,javascript中的继承不是使用的类继承的机制,而是使用的另一种方式 – 原型继承.在原型继承方式中,本质上是javascript语言加入原型链这种机制,从而实现了面向对象的重要特性之一 – 继承.在这篇博文中,基于个人的理解,来说说javascript

JS学习之原型和原型链模式

原型链模式1.每一个对象(实例也是对象)都有一个天生自带的属性:__proto__,这个属性指向当前所属类的原型(prototype) 2.每一个函数(类也是函数)都有一个天生自带的属性:prototype(原型),并且这个属性存储的值是一个对象数据类型的数据,浏览器默认给这个属性开辟一个堆内存 在这个堆内存中存储了相关的属性和方法 1)其中constructor就是天生自带的一个属性,constructor等于当前的函数本身 2)__proto__:prototype对应的值也是一个对象数据类

JS----构造函数与原型prototype 区别

构造函数方法很好用,但是存在一个浪费内存 通过原型法分配的函数是所有对象共享的.通过原型法分配的属性是独立.-----如果你不修改属性,他们是共享 如果我们希望所有的对象使用同一一个函数,最好使用原型法添加函数,这样比较节省内存. 例子: //----构造函数模式为Cat对象添加一个不变的属性"type"(种类),再添加一个方法eat(吃老鼠).那么,原型对象Cat就变成了下面这样: [javascript] view plain copy print? <script>

Creational模式之Prototype模式

1.意图 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. 2.别名 无 3.动机 类似于linux命令中的cat fileA > fileB,实现文件的拷贝. 4.适用性 以下情况使用Prototype模式: 当一个系统应该独立于它的产品创建.构成和表示时,要使用Prototype; 当要实例化的类是在运行时刻指定时,例如,通过动态装载; 为了避免创建一个和产品类似层次平行的工厂类层次时: 当一个类的实例只能有几个不同状态组合中的一种时.建立相应数目的原型并克隆他们可能比每次用