05.原型模式Prototype

1.初识原型模式

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。

  • Prototype:
    声明一个克隆自身的接口,用来约束想要克隆自己的类,要求它们都要实现这里定义的克隆方法。
  • ConcretePrototype:
    实现Prototype接口的类,这些类真正实现克隆自身的功能。
  • Client:
    使用原型的客户端,首先要获取到原型实例对象,然后通过原型实例克隆自身来创建新的对象实例。

2.体会原型模式

2.1 场景问题——订单处理系统

现在有一个订单处理的系统,里面有个保存订单的业务功能,在这个业务功能里面,客户有这么一个需求:每当订单的预定产品数量超过1000的时候,就需要把订单拆成两份订单来保存,如果拆成两份订单后,还是超过1000,那就继续拆分,直到每份订单的预定产品数量不超过1000。至于为什么要拆分,原因是好进行订单的后续处理,后续是由人工来处理,每个人工工作小组的处理能力上限是1000。

根据业务,目前的订单类型被分成两种:一种是个人订单,一种是公司订单。现在想要实现一个通用的订单处理系统,也就是说,不管具体是什么类型的订单,都要能够正常的处理。

该怎么实现呢?

2.2 不用模式的解决方案

存在的问题:
仔细想想,真的没有关心订单的类型和具体实现吗?答案是“否定的”。

事实上在实现订单处理的时候,上面的实现是按照订单的类型和具体实现来处理的,就是instanceof的那一段。有朋友可能会问,这样实现有何不可吗?

这样的实现有如下几个问题:

  • 1)既然想要实现通用的订单处理,那么对于订单处理的实现对象,是不应该知道订单的具体实现的,更不应该依赖订单的具体实现。但是上面的实现中,很明显订单处理的对象依赖了订单的具体实现对象。
  • 2)这种实现方式另外一个问题就是:难以扩展新的订单类型。假如现在要加入一个大客户专用订单的类型,那么就需要修改订单处理的对象,要在里面添加对新的订单类型的支持,这算哪门子的通用处理。

因此,上面的实现是不太好的,把上面的问题再抽象描述一下:已经有了
某个对象实例后,如何能够快速简单地创建出更多的这种对象?

2.3 使用模式的解决方案

3.理解原型模式

3.1 认识原型模式

3.1.1 原型模式的功能

原型模式的功能实际上包含两个方面:

  • 1)一个是通过克隆来创建新的对象实例
  • 2)另一个是为克隆出来的新的对象实例复制原型实例属性的值

原型模式要实现的主要功能就是:通过克隆来创建新的对象实例。

一般来讲,新创建出来的实例的数据是和原型实例一样的。但是具体如何实现克隆,需要由程序自行实现,原型模式并没有统一的要求和实现算法。

3.1.2 原型与new

原型模式从某种意义上说,就像是new操作,在前面的例子实现中,克隆方法就是使用new来实现的,但请注意,只是“类似于new”而不是“就是new”。

克隆方法和new操作最明显的不同就在于:new一个对象实例,一般属性是没有值的,或者是只有默认值;如果是克隆得到的一个实例,通常属性是有值的,属性的值就是原型对象实例在克隆的时候,原型对象实例的属性的值。

3.1.3 原型实例和克隆的实例

原型实例和克隆出来的实例,本质上是不同的实例,克隆完成后,它们之间是没有关联的,如果克隆完成后,克隆出来的实例的属性的值发生了改变,是不会影响到原型实例的。

3.1.4 原型模式的调用顺序示意图

3.2 Java中的克隆方法

在Java语言中已经提供了clone方法,定义在Object类中。需要克隆功能的类,只需要实现java.lang.Cloneable接口,这个接口没有需要实现的方法,是一个标识接口。

3.3 浅度克隆和深度克隆

什么是浅度克隆?什么是深度克隆呢?简单地解释一下:

  • 1)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)
  • 2)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,基本上就是被克隆实例所有的属性的数据都会被克隆出来。

深度克隆还有一个特点,如果被克隆的对象里面的属性数据是引用类型,也就是属性的类型也是对象,那么需要一直递归的克隆下去。这也意味着,要想深度克隆成功,必须要整个克隆所涉及的对象都要正确实现克隆方法,如果其中有一个没有正确实现克隆,那么就会导致克隆失败。

3.4 原型管理器

如果一个系统中原型的数目不固定,比如系统中的原型可以被动态的创建和销毁,那么就需要在系统中维护一个当前可用的原型的注册表,这个注册表就被称为原型管理器。

其实如果把原型当成一个资源的话,原型管理器就相当于一个资源管理器,在系统开始运行的时候初始化,然后运行期间可以动态的添加资源和销毁资源。从这个角度看,原型管理器就可以相当于一个缓存资源的实现,只不过里面缓存和管理的是原型实例而已。

有了原型管理器过后,一般情况下,除了向原型管理器里面添加原型对象的时候是通过new来创造的对象,其余时候都是通过向原型管理器来请求原型实例,然后通过克隆方法来获取新的对象实例,这就可以实现动态管理、或者动态切换具体的实现对象实例。

3.5 原型模式的优缺点

  • 对客户端隐藏具体的实现类型
  • 在运行时动态改变具体的实现类型
  • 深度克隆方法实现会比较困难

4.思考原型模式

4.1 原型模式的本质

原型模式的本质是:克隆生成对象。

4.2 何时选用

  • 如果一个系统想要独立于它想要使用的对象时,可以使用原型模式,让系统只面向接口编程,在系统需要新的对象的时候,可以通过克隆原型来得到

  • 如果需要实例化的类是在运行时刻动态指定时,可以使用原型模式,通过克隆原型来得到需要的实例

参考

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