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Java設(shè)計模式之原型模式詳細解讀

更新時間：2023年12月31日 09:12:41 作者：理想萬歲萬萬歲

這篇文章主要介紹了Java設(shè)計模式之原型模式詳細解讀,原型模式屬于創(chuàng)建型設(shè)計模式,用于創(chuàng)建重復(fù)的對象,且同時又保證了性能,該設(shè)計模式的好處是將對象的創(chuàng)建與調(diào)用方分離,需要的朋友可以參考下

一、介紹

原型模式屬于創(chuàng)建型設(shè)計模式，用于創(chuàng)建重復(fù)的對象，且同時又保證了性能。

該設(shè)計模式的好處是將對象的創(chuàng)建與調(diào)用方分離。

其目的就是**根據(jù)一個對象(稱為原型)創(chuàng)建一個與其完全相同的對象(當然內(nèi)存地址不同)。**原對象被認為是新對象的原型。

二、實現(xiàn)步驟

原型模式的實現(xiàn)步驟如下：

應(yīng)用原型模式的類要實現(xiàn)Cloneable接口。
應(yīng)用原型模式的類要重寫Object類定義的clone()方法。
通過調(diào)用對象的clone()方法，獲得一個與該對象相同的對象。

在重寫Object類定義的clone()方法時，直接通過調(diào)用super.clone()即可得到一個新對象，如下所示

@Override
public Object clone() {
    try {
        Object obj = super.clone();
        return obj;
    } catch (CloneNotSupportedException e) {
        throw new AssertionError();
    }
}

而super.clone()調(diào)用的其實就是在Object類中定義的方法

public class Object {
    // ...
    protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;
    // ...
}

該方法由native關(guān)鍵字修飾，表明其具體實現(xiàn)邏輯在JVM中已經(jīng)完成了，我們無需知道其細節(jié)，只需知道調(diào)用該方法后將返回一個具有相同屬性的對象即可。也正因此，該方式要比我們創(chuàng)建實例再初始化實例的性能好。

另外，該方法顯式地拋出了CloneNotSupportedException異常，要求我們在調(diào)用clone()方法的對象必須實現(xiàn)Cloneable接口，否則將拋出該異常。

注意：調(diào)用super.clone()時，只能夠滿足淺拷貝，如果要實現(xiàn)深拷貝，則需要我們根據(jù)實際情況重寫clone()的具體邏輯而不是調(diào)用super.clone()。

三、案例

我們創(chuàng)建一個Person類，實現(xiàn)Cloneable接口，并重寫clone()方法。

public class Person implements Cloneable{
    private String name;
    private Integer age;
    private String sex;
    // 省略get、set方法
    @Override
    public Person clone() {
        try {
            Person person = (Person) super.clone();
            return person;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new AssertionError();
        }
    }
}

然后進行測試

public class PrototypeTest {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        person.setName("name");
        person.setAge(1);
        person.setSex("男");
        Person clone = person.clone();
        System.out.println("獲得的新對象：" + clone);
    }
}

得到的輸出如下，可以發(fā)現(xiàn)，通過clone()方法可以獲得一個與原對象具有相同屬性的新對象。

在這里插入圖片描述

四、應(yīng)用

原型模式在實際應(yīng)用中不是很廣泛，因為絕大多數(shù)實例要么是有狀態(tài)的(例如持有文件、遠程鏈接等)，則無法應(yīng)用原型模式；要么是無狀態(tài)的，此時應(yīng)用單例模式更合適。

思來想去，基于原型模式創(chuàng)建重復(fù)對象的作用，我們可以利用該模式模擬細胞分裂。

五、細胞分裂

按照上面案例，我們新建一個細胞類Cell

public class Cell implements Cloneable{
    // 當前細胞為第num次分裂所得，細胞分裂是一個1變2，2變4，4變8的過程，
    private Integer num = 0;
    @Override
    public Cell clone() {
        try {
            // 每當克隆一次，num+1
            num++;
            Cell clone = (Cell) super.clone();
            return clone;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new AssertionError();
        }
    }
}

演示細胞分裂過程

public static void cellDivision() {
    // 第一個細胞
    Cell cell1 = new Cell();
    System.out.println("cell1：" + cell1);
    // cell1 通過自我復(fù)制， 產(chǎn)生一個新細胞 cell2
    Cell cell2 = cell1.clone();
    System.out.println("第一次分裂后：");
    System.out.println("cell1：" + cell1);
    System.out.println("cell2：" + cell2);
    // cell1、cell2 通過自我復(fù)制， 產(chǎn)生新細胞 cell3、cell4
    Cell cell3 = cell1.clone();
    Cell cell4 = cell2.clone();
    System.out.println("第二次分裂后：");
    System.out.println("cell1：" + cell1);
    System.out.println("cell2：" + cell2);
    System.out.println("cell3：" + cell3);
    System.out.println("cell4：" + cell4);
}

輸出如下：

在這里插入圖片描述

此時如果要計算當前一共有多少個細胞，就可以通過 2 n u m 2^{num} 2num得到結(jié)果。

六、改造細胞分裂邏輯

我們將N個細胞(無論分裂多少次)作為一個整體，假設(shè)該整體中所有細胞同時分裂，則可以將該細胞整體進行抽象。如下所示，新建一個細胞整體類Cells。

實現(xiàn)Cloneable接口，表示該細胞整體可進行復(fù)制分裂。
重寫clone()方法，該細胞整體分裂的過程，其實就是所有個體在分裂，最后將其整合即可

public class Cells implements Cloneable{
	// 該細胞整體中的所有細胞個體
    private List<Cell> cellList = new ArrayList<>();
    // 添加一個細胞
    public void addCell(Cell cell) {
        cellList.add(cell);
    }
    // 該細胞整體復(fù)制分裂的過程
    @Override
    public Cells clone() {
        try {
            System.out.println("第" + (cellList.get(0).getNum()+1) + "次分裂...");
            // 新增的細胞數(shù)量和原細胞數(shù)量相同
            List<Cell> clonedCellList = new ArrayList<>(cellList.size());
            for (Cell cell : cellList) {
                // 將每一個細胞分裂得到的新細胞添加到clonedCellList集合中
                clonedCellList.add(cell.clone());
            }
            // 新細胞與原細胞合并
            cellList.addAll(clonedCellList);
            // 復(fù)制該細胞整體
            Cells clone = (Cells) super.clone();
            clone.setCellList(cellList);
            System.out.println("分裂后得到細胞數(shù)：" + cellList.size());
            return clone;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new AssertionError();
        }
    }
}

下面我們對該細胞整體的分裂過程進行演示

public static void cellDivision() {
    // 第一個細胞
    Cell cell = new Cell();
	// 向該細胞整體中添加第一個細胞
    Cells cells = new Cells();
    cells.addCell(cell);
    // 細胞分裂10次
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        cells = cells.clone();
    }
}

輸出如下：

在這里插入圖片描述