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
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

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

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。
ConcretePrototype（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 +                '}';    }    @Overrideprotected 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;}@Overridepublic 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：

clone对象时不会执行构造函数
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：

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：

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：

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);}@Overridepublic String toString() {return "Card{" +"num=" + num +", spec=" + spec +'}';}@Overrideprotected 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;}@Overridepublic String toString() {return "Spec{" +"width=" + width +", length=" + length +'}';}@Overrideprotected 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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