什么是 “原型模式” ?
作者:东风玖哥,小灰
来源:程序员小灰
————— 第二天 —————
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假如有一天,小灰被外星人抓走了,外星人要拿小灰做实验,想了解小灰在吃得好、睡得好、玩得开心的场景下,与现实中小灰的生存状态有什么区别。
于是,外星人克隆了几个一模一样的小灰:
就这样,小灰的原型被留在现实中,而三个复制体分别提供了吃得好、睡得好、玩得开心三种不同环境,小灰的原型则不受三个复制体的影响。
过了一段时间,我们来观察一下本体与分身的生存状态:
在Java语言中,Object类实现了Cloneable接口,一个对象可以通过调用Clone()方法生成对象,这就是原型模式的典型应用。但需要注意的是,clone()方法并不是Cloneable接口里的,而是Object类里的,Cloneable是一个标识接口,标识这个类的对象是可被拷贝的,如果没有实现Cloneable接口,却调用了clone()方法,就会报错。
// protected native Object clone() throwsCloneNotSupportedException;protected Object clone() throws
CloneNotSupportedException {if (!(this instanceof Cloneable)) {throw new CloneNotSupportedException(
"Class " + getClass().getName() +
" doesn't implement Cloneable");}return internalClone();
}// Native helper method for cloning.private native Object internalClone();
Java中的数据类型,分为基本类型和引用类型。在一个方法里的变量如果是基本类型的话,变量就直接存储在这个方法的栈帧里,例如int、long等;而引用类型则在栈帧里存储这个变量的指针,指向堆中该实体的地址,例如String、Array等。深拷贝和浅拷贝是只针对引用数据类型的。
比如一个方法有一个基本类型参数和一个引用类型参数,在方法体里对参数重新赋值,会影响传入的引用类型参数,而不会影响基本类型参数,因为基本类型参数是值传递,而引用类型参数是引用传递。
先定义一个用户类:
// 这是一个非常简单的用户类public class User {private String name;private int age;public User(String name, int age) {this.name=name;this.age=age;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}@Overridepublic String toString() {return "User{name='" + name + ", age=" + age +'}';}}
private int x=10;public void updateValue(int value){value = 3 * value;
}private User user= new User("大黄",20);public void updateUser(User student){student.setName("小灰");student.setAge(18);
}public void test(){System.out.println("调用前x的值:"+x);updateValue(x);System.out.println("调用后x的值:"+x);System.out.println("调用前user的值:"+user.toString());updateUser(user);System.out.println("调用后user的值:"+user.toString());}
测试:
Log打印结果如下:
调用前x的值:10
调用后x的值:10
调用前user的值:User{name='大黄, age=20}
调用后user的值:User{name='小灰, age=18}
传递基本类型的方法(updateValue())流程图:
传递引用类型的方法(updateUser())流程图:
这其中也包含着例外,比如String类型和大小不超过127的Long类型,虽然也是引用类型,却像基本类型一样不受影响。这是因为它们会先比较常量池维护的值,这涉及VM的内容,今天不做过多讨论。
浅拷贝是在按位(bit)拷贝对象,这个对象有着原始对象属性值的一份精确拷贝。我们结合应用场景分析一下,还是刚才的User类,我们增加一个存放地址的内部类Address,我们需要用户信息可以被其他module查询,但是不允许它们被其他module修改,新增代码如下:
// 这是一个稍微复杂的、支持拷贝的用户类public class User implements Cloneable {
// ……省略上文代码……private Address address;@NonNull@NotNull@Overridepublic User clone() {try{return (User)super.clone();}catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return null;}public class Address{// 地市public String city;// 区县public String county;// 乡镇街道public String street;}
}
// 这是一个更复杂的、支持深拷贝的用户类public class User implements Cloneable {// ……省略上文代码……@NonNull@NotNull@Overridepublic User clone() {try{User newUser = (User)super.clone();newUser.setName(this.name);newUser.setAddress(this.address.clone());return newUser;}catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return null;}public class Address implements Cloneable{// ……省略上文代码……@NonNull@NotNull@Overridepublic Address clone() {try{Address newAddress = (Address)super.clone();newAddress.city = this.city;newAddress.county = this.county;newAddress.street = this.street;return newAddress;}catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return null;}}
}
需要注意的是,上面代码的深拷贝其实并不彻底,因为彻底的深拷贝几乎是不可能实现的,那样不但可能存在引用关系非常复杂的情况,也可能存在引用链的某一级上引用了一个没有实现Cloneable接口的第三方对象的情况。
绝大多数设计模式都是牺牲性能提升开发效率的,原型模式则是为数不多的牺牲开发效率提升性能的设计模式。
private User user= new User("大黄",20);public void testNew(){User user1 = new User("小灰",18);}public void testClone(){User user2 = user.clone();}
通过ASM工具查看bytecode,可以看出二者对栈资源的消耗:
// access flags 0x1public testNew()V……省略……MAXSTACK = 4MAXLOCALS = 2// access flags 0x1public testClone()V……省略……MAXSTACK = 1MAXLOCALS = 2
}
@Overridepublic Object clone() {return new Intent(this);}
最后我们来总结一下原型模式的核心用途:
1.解决构建复杂对象的资源消耗问题,提升创建对象的效率。
2.保护性拷贝,防止外部对只读对象进行需修改。
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