设计模式 - 创建型模式_原型模式
文章目录
- 创建型模式
- 概述
- Case
- 场景模拟⼯程
- Bad Impl
- Better Impl (原型模式重构代码)
- 小结
创建型模式
创建型模式提供创建对象的机制, 能够提升已有代码的灵活性和可复⽤性。
类型 | 实现要点 |
---|---|
工厂方法 | 定义⼀个创建对象的接⼝,让其⼦类⾃⼰决定实例化哪⼀个⼯⼚类,⼯⼚模式使其创建过程延迟到⼦类进⾏。 |
抽象工厂 | 提供⼀个创建⼀系列相关或相互依赖对象的接⼝,⽽⽆需指定它们具体的类。 |
建造者 | 将⼀个复杂的构建与其表示相分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示 |
原型 | ⽤原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷⻉这些原型创建新的对象。 |
单例 | 保证⼀个类仅有⼀个实例,并提供⼀个访问它的全局访问点。 |
概述
原型模式主要解决的问题就是创建重复对象,⽽这部分 对象 内容本身⽐较复杂,⽣成过程可能从库或者RPC接⼝中获取数据的耗时较⻓,因此采⽤克隆的⽅式节省时间。
Case
需要实现⼀个考试抽题的服务,因此在这⾥建造⼀个题库题⽬的场景类信息,⽤于创建; 选择题 、 问答题
场景模拟⼯程
模拟了两个试卷题⽬的类; ChoiceQuestion (选择题)、 AnswerQuestion (问答题)。
【选择题】
/*** 单选题*/
public class ChoiceQuestion {private String name; // 题目private Map<String, String> option; // 选项;A、B、C、Dprivate String key; // 答案;Bpublic ChoiceQuestion() {}public ChoiceQuestion(String name, Map<String, String> option, String key) {this.name = name;this.option = option;this.key = key;}// set get
}
【问答题】
public class AnswerQuestion {private String name; // 问题private String key; // 答案public AnswerQuestion() {}public AnswerQuestion(String name, String key) {this.name = name;this.key = key;}// set get
}
Bad Impl
没有⼀个类解决不了的业务,只要你敢写
public class QuestionBankController {public String createPaper(String candidate, String number) {List<ChoiceQuestion> choiceQuestionList = new ArrayList<ChoiceQuestion>();choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("JAVA所定义的版本中不包括", new HashMap<String, String>() {{put("A", "JAVA2 EE");put("B", "JAVA2 Card");put("C", "JAVA2 ME");put("D", "JAVA2 HE");put("E", "JAVA2 SE");}}, "D"));choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("下列说法正确的是", new HashMap<String, String>() {{put("A", "JAVA程序的main方法必须写在类里面");put("B", "JAVA程序中可以有多个main方法");put("C", "JAVA程序中类名必须与文件名一样");put("D", "JAVA程序的main方法中如果只有一条语句,可以不用{}(大括号)括起来");}}, "A"));choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("变量命名规范说法正确的是", new HashMap<String, String>() {{put("A", "变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成;");put("B", "变量不能以数字作为开头;");put("C", "A和a在java中是同一个变量;");put("D", "不同类型的变量,可以起相同的名字;");}}, "B"));choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("以下()不是合法的标识符", new HashMap<String, String>() {{put("A", "STRING");put("B", "x3x;");put("C", "void");put("D", "de$f");}}, "C"));choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("表达式(11+3*8)/4%3的值是", new HashMap<String, String>() {{put("A", "31");put("B", "0");put("C", "1");put("D", "2");}}, "D"));List<AnswerQuestion> answerQuestionList = new ArrayList<AnswerQuestion>();answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("小红马和小黑马生的小马几条腿", "4条腿"));answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("铁棒打头疼还是木棒打头疼", "头最疼"));answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("什么床不能睡觉", "牙床"));answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("为什么好马不吃回头草", "后面的草没了"));// 输出结果StringBuilder detail = new StringBuilder("考生:" + candidate + "\r\n" +"考号:" + number + "\r\n" +"--------------------------------------------\r\n" +"一、选择题" + "\r\n\n");for (int idx = 0; idx < choiceQuestionList.size(); idx++) {detail.append("第").append(idx + 1).append("题:").append(choiceQuestionList.get(idx).getName()).append("\r\n");Map<String, String> option = choiceQuestionList.get(idx).getOption();for (String key : option.keySet()) {detail.append(key).append(":").append(option.get(key)).append("\r\n");;}detail.append("答案:").append(choiceQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");}detail.append("二、问答题" + "\r\n\n");for (int idx = 0; idx < answerQuestionList.size(); idx++) {detail.append("第").append(idx + 1).append("题:").append(answerQuestionList.get(idx).getName()).append("\r\n");detail.append("答案:").append(answerQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");}return detail.toString();}}
- 这样的代码往往都⾮常易于理解,要什么程序就给什么代码,不⾯向对象,只⾯向过程。不考虑扩展性,能⽤就⾏。
- 以上的代码主要就三部分内容;⾸先创建选择题和问答题到集合中、定义详情字符串包装结果、返回结果内容。
- 但以上的代码有⼀个没有实现的地⽅就是不能乱序,所有⼈的试卷顺序都是⼀样的。如果需要加乱序也是可以的,但复杂度⼜会增加。这
【单元测试】
通过junit单元测试的⽅式验证接⼝服务,强调⽇常编写好单测可以更好的提⾼系统的健壮度。
@Testpublic void test_QuestionBankController() {QuestionBankController questionBankController = new QuestionBankController();System.out.println(questionBankController.createPaper("花花", "1000001921032"));System.out.println(questionBankController.createPaper("豆豆", "1000001921051"));System.out.println(questionBankController.createPaper("大宝", "1000001921987"));}
输出
考生:花花
考号:1000001921032
--------------------------------------------
一、选择题第1题:JAVA所定义的版本中不包括
A:JAVA2 EE
B:JAVA2 Card
C:JAVA2 ME
D:JAVA2 HE
E:JAVA2 SE
答案:D第2题:下列说法正确的是
A:JAVA程序的main方法必须写在类里面
B:JAVA程序中可以有多个main方法
C:JAVA程序中类名必须与文件名一样
D:JAVA程序的main方法中如果只有一条语句,可以不用{}(大括号)括起来
答案:A第3题:变量命名规范说法正确的是
A:变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成;
B:变量不能以数字作为开头;
C:A和a在java中是同一个变量;
D:不同类型的变量,可以起相同的名字;
答案:B第4题:以下()不是合法的标识符
A:STRING
B:x3x;
C:void
D:de$f
答案:C第5题:表达式(11+3*8)/4%3的值是
A:31
B:0
C:1
D:2
答案:D二、问答题第1题:小红马和小黑马生的小马几条腿
答案:4条腿第2题:铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案:头最疼第3题:什么床不能睡觉
答案:牙床第4题:为什么好马不吃回头草
答案:后面的草没了考生:豆豆
考号:1000001921051
--------------------------------------------
一、选择题第1题:JAVA所定义的版本中不包括
A:JAVA2 EE
B:JAVA2 Card
C:JAVA2 ME
D:JAVA2 HE
E:JAVA2 SE
答案:D第2题:下列说法正确的是
A:JAVA程序的main方法必须写在类里面
B:JAVA程序中可以有多个main方法
C:JAVA程序中类名必须与文件名一样
D:JAVA程序的main方法中如果只有一条语句,可以不用{}(大括号)括起来
答案:A第3题:变量命名规范说法正确的是
A:变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成;
B:变量不能以数字作为开头;
C:A和a在java中是同一个变量;
D:不同类型的变量,可以起相同的名字;
答案:B第4题:以下()不是合法的标识符
A:STRING
B:x3x;
C:void
D:de$f
答案:C第5题:表达式(11+3*8)/4%3的值是
A:31
B:0
C:1
D:2
答案:D二、问答题第1题:小红马和小黑马生的小马几条腿
答案:4条腿第2题:铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案:头最疼第3题:什么床不能睡觉
答案:牙床第4题:为什么好马不吃回头草
答案:后面的草没了考生:大宝
考号:1000001921987
--------------------------------------------
一、选择题第1题:JAVA所定义的版本中不包括
A:JAVA2 EE
B:JAVA2 Card
C:JAVA2 ME
D:JAVA2 HE
E:JAVA2 SE
答案:D第2题:下列说法正确的是
A:JAVA程序的main方法必须写在类里面
B:JAVA程序中可以有多个main方法
C:JAVA程序中类名必须与文件名一样
D:JAVA程序的main方法中如果只有一条语句,可以不用{}(大括号)括起来
答案:A第3题:变量命名规范说法正确的是
A:变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成;
B:变量不能以数字作为开头;
C:A和a在java中是同一个变量;
D:不同类型的变量,可以起相同的名字;
答案:B第4题:以下()不是合法的标识符
A:STRING
B:x3x;
C:void
D:de$f
答案:C第5题:表达式(11+3*8)/4%3的值是
A:31
B:0
C:1
D:2
答案:D二、问答题第1题:小红马和小黑马生的小马几条腿
答案:4条腿第2题:铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案:头最疼第3题:什么床不能睡觉
答案:牙床第4题:为什么好马不吃回头草
答案:后面的草没了
- 是三位考试的试卷; 花花 、 ⾖⾖ 、 ⼤宝 ,每个⼈的试卷内容是⼀样的这没问题,但是三个⼈的题⽬以及选项顺序都是⼀样,就没有达到我们说希望的乱序要求。
- 以上这样的代码⾮常难扩展,随着题⽬的不断的增加以及乱序功能的补充,都会让这段代码变得越来越混乱。
Better Impl (原型模式重构代码)
接下来使⽤原型模式来进⾏代码优化,也算是⼀次很⼩的重构。
原型模式主要解决的问题就是创建⼤量重复的类,⽽我们模拟的场景就需要给不同的⽤户都创建相同的试卷,但这些试卷的题⽬不便于每次都从库中获取,甚⾄有时候需要从远程的RPC中获取。这样都是⾮常耗时的,⽽且随着创建对象的增多将严重影响效率。
在原型模式中所需要的⾮常重要要的⼿段就是克隆,在需要⽤到克隆的类中都需要实现 implements Cloneable
接⼝
【⼯程结构】
【代码类关系】
- 题目类 ChoiceQuestion 、AnswerQuestion 被用在题库创建中
- 针对每一张试卷,都会复制。 复制完成后,将试卷的题目和答案混排,这里用到了工具类TopicRandomUtil
- 核心的题库类QuestionBank主要负责将各个题目进行组装,最终输出试卷。
【原型模式模型结构】
public class Topic {private Map<String, String> option; // 选项;A、B、C、Dprivate String key; // 答案;Bpublic Topic() {}public Topic(Map<String, String> option, String key) {this.option = option;this.key = key;}// set get }
【题⽬选项乱序操作⼯具包】
public class TopicRandomUtil {/*** 乱序Map元素,记录对应答案key* @param option 题目* @param key 答案* @return Topic 乱序后 {A=c., B=d., C=a., D=b.}*/static public Topic random(Map<String, String> option, String key) {Set<String> keySet = option.keySet();ArrayList<String> keyList = new ArrayList<String>(keySet);Collections.shuffle(keyList);HashMap<String, String> optionNew = new HashMap<String, String>();int idx = 0;String keyNew = "";for (String next : keySet) {String randomKey = keyList.get(idx++);if (key.equals(next)) {keyNew = randomKey;}optionNew.put(randomKey, option.get(next));}return new Topic(optionNew, keyNew);}}
将原有Map中的选型乱序操作, 也就是A的选项内容给B , B的可能给C ,同时记录正确答案在处理后的位置信息
【克隆对象处理类】
/*** 题库*/
public class QuestionBank implements Cloneable {private String candidate; // 考生private String number; // 考号private ArrayList<ChoiceQuestion> choiceQuestionList = new ArrayList<ChoiceQuestion>();private ArrayList<AnswerQuestion> answerQuestionList = new ArrayList<AnswerQuestion>();public QuestionBank append(ChoiceQuestion choiceQuestion) {choiceQuestionList.add(choiceQuestion);return this;}public QuestionBank append(AnswerQuestion answerQuestion) {answerQuestionList.add(answerQuestion);return this;}@Overridepublic Object clone() throws CloneNotSupportedException {QuestionBank questionBank = (QuestionBank) super.clone();questionBank.choiceQuestionList = (ArrayList<ChoiceQuestion>) choiceQuestionList.clone();questionBank.answerQuestionList = (ArrayList<AnswerQuestion>) answerQuestionList.clone();// 题目乱序Collections.shuffle(questionBank.choiceQuestionList);Collections.shuffle(questionBank.answerQuestionList);// 答案乱序ArrayList<ChoiceQuestion> choiceQuestionList = questionBank.choiceQuestionList;for (ChoiceQuestion question : choiceQuestionList) {Topic random = TopicRandomUtil.random(question.getOption(), question.getKey());question.setOption(random.getOption());question.setKey(random.getKey());}return questionBank;}public void setCandidate(String candidate) {this.candidate = candidate;}public void setNumber(String number) {this.number = number;}@Overridepublic String toString() {StringBuilder detail = new StringBuilder("考生:" + candidate + "\r\n" +"考号:" + number + "\r\n" +"--------------------------------------------\r\n" +"一、选择题" + "\r\n\n");for (int idx = 0; idx < choiceQuestionList.size(); idx++) {detail.append("第").append(idx + 1).append("题:").append(choiceQuestionList.get(idx).getName()).append("\r\n");Map<String, String> option = choiceQuestionList.get(idx).getOption();for (String key : option.keySet()) {detail.append(key).append(":").append(option.get(key)).append("\r\n");;}detail.append("答案:").append(choiceQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");}detail.append("二、问答题" + "\r\n\n");for (int idx = 0; idx < answerQuestionList.size(); idx++) {detail.append("第").append(idx + 1).append("题:").append(answerQuestionList.get(idx).getName()).append("\r\n");detail.append("答案:").append(answerQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");}return detail.toString();}}
这⾥的主要操作内容有三个,分别是:
- 两个 append() ,对各项题⽬的添加,有点像我们在建造者模式中使⽤的⽅式,添加装修物料
- clone() ,这⾥的核⼼操作就是对对象的复制,这⾥的复制不只是包括了本身,同时对两个集合也做了复制。只有这样的拷⻉才能确保在操作克隆对象的时候不影响原对象。
- 乱序操作,在 list 集合中有⼀个⽅法, Collections.shuffle ,可以将原有集合的顺序打乱,输出⼀个新的顺序。在这⾥我们使⽤此⽅法对题⽬进⾏乱序操作。
【初始化试卷数据】
/*** 题库管理类*/
public class QuestionBankController {private QuestionBank questionBank = new QuestionBank();public QuestionBankController() {questionBank.append(new ChoiceQuestion("JAVA所定义的版本中不包括", new HashMap<String, String>() {{put("A", "JAVA2 EE");put("B", "JAVA2 Card");put("C", "JAVA2 ME");put("D", "JAVA2 HE");put("E", "JAVA2 SE");}}, "D")).append(new ChoiceQuestion("下列说法正确的是", new HashMap<String, String>() {{put("A", "JAVA程序的main方法必须写在类里面");put("B", "JAVA程序中可以有多个main方法");put("C", "JAVA程序中类名必须与文件名一样");put("D", "JAVA程序的main方法中如果只有一条语句,可以不用{}(大括号)括起来");}}, "A")).append(new ChoiceQuestion("变量命名规范说法正确的是", new HashMap<String, String>() {{put("A", "变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成;");put("B", "变量不能以数字作为开头;");put("C", "A和a在java中是同一个变量;");put("D", "不同类型的变量,可以起相同的名字;");}}, "B")).append(new ChoiceQuestion("以下()不是合法的标识符", new HashMap<String, String>() {{put("A", "STRING");put("B", "x3x;");put("C", "void");put("D", "de$f");}}, "C")).append(new ChoiceQuestion("表达式(11+3*8)/4%3的值是", new HashMap<String, String>() {{put("A", "31");put("B", "0");put("C", "1");put("D", "2");}}, "D")).append(new AnswerQuestion("小红马和小黑马生的小马几条腿", "4条腿")).append(new AnswerQuestion("铁棒打头疼还是木棒打头疼", "头最疼")).append(new AnswerQuestion("什么床不能睡觉", "牙床")).append(new AnswerQuestion("为什么好马不吃回头草", "后面的草没了"));}public String createPaper(String candidate, String number) throws CloneNotSupportedException {QuestionBank questionBankClone = (QuestionBank) questionBank.clone();questionBankClone.setCandidate(candidate);questionBankClone.setNumber(number);return questionBankClone.toString();}}
- 主要提供对试卷内容的模式初始化操作(所有考⽣试卷⼀样,题⽬顺序不⼀致)。
- 对外部提供创建试卷的⽅法,在创建的过程中使⽤的是克隆的⽅式;
(QuestionBank)questionBank.clone();
并最终返回试卷信息。
【单元测试】
@Testpublic void test_QuestionBank() throws CloneNotSupportedException {QuestionBankController questionBankController = new QuestionBankController();System.out.println(questionBankController.createPaper("花花", "1000001921032"));System.out.println(questionBankController.createPaper("豆豆", "1000001921051"));System.out.println(questionBankController.createPaper("大宝", "1000001921987"));}
考生:花花
考号:1000001921032
--------------------------------------------
一、选择题第1题:以下()不是合法的标识符
A:de$f
B:STRING
C:void
D:x3x;
答案:C第2题:表达式(11+3*8)/4%3的值是
A:1
B:0
C:31
D:2
答案:D第3题:变量命名规范说法正确的是
A:A和a在java中是同一个变量;
B:变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成;
C:不同类型的变量,可以起相同的名字;
D:变量不能以数字作为开头;
答案:D第4题:JAVA所定义的版本中不包括
A:JAVA2 Card
B:JAVA2 EE
C:JAVA2 HE
D:JAVA2 SE
E:JAVA2 ME
答案:C第5题:下列说法正确的是
A:JAVA程序中可以有多个main方法
B:JAVA程序的main方法中如果只有一条语句,可以不用{}(大括号)括起来
C:JAVA程序中类名必须与文件名一样
D:JAVA程序的main方法必须写在类里面
答案:D二、问答题第1题:小红马和小黑马生的小马几条腿
答案:4条腿第2题:为什么好马不吃回头草
答案:后面的草没了第3题:什么床不能睡觉
答案:牙床第4题:铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案:头最疼考生:豆豆
考号:1000001921051
--------------------------------------------
一、选择题第1题:JAVA所定义的版本中不包括
A:JAVA2 SE
B:JAVA2 Card
C:JAVA2 EE
D:JAVA2 HE
E:JAVA2 ME
答案:D第2题:以下()不是合法的标识符
A:STRING
B:void
C:de$f
D:x3x;
答案:B第3题:下列说法正确的是
A:JAVA程序中类名必须与文件名一样
B:JAVA程序中可以有多个main方法
C:JAVA程序的main方法必须写在类里面
D:JAVA程序的main方法中如果只有一条语句,可以不用{}(大括号)括起来
答案:C第4题:表达式(11+3*8)/4%3的值是
A:1
B:2
C:0
D:31
答案:B第5题:变量命名规范说法正确的是
A:变量不能以数字作为开头;
B:不同类型的变量,可以起相同的名字;
C:A和a在java中是同一个变量;
D:变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成;
答案:A二、问答题第1题:为什么好马不吃回头草
答案:后面的草没了第2题:什么床不能睡觉
答案:牙床第3题:铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案:头最疼第4题:小红马和小黑马生的小马几条腿
答案:4条腿考生:大宝
考号:1000001921987
--------------------------------------------
一、选择题第1题:下列说法正确的是
A:JAVA程序的main方法中如果只有一条语句,可以不用{}(大括号)括起来
B:JAVA程序的main方法必须写在类里面
C:JAVA程序中类名必须与文件名一样
D:JAVA程序中可以有多个main方法
答案:B第2题:以下()不是合法的标识符
A:void
B:STRING
C:x3x;
D:de$f
答案:A第3题:JAVA所定义的版本中不包括
A:JAVA2 ME
B:JAVA2 EE
C:JAVA2 SE
D:JAVA2 HE
E:JAVA2 Card
答案:D第4题:变量命名规范说法正确的是
A:变量不能以数字作为开头;
B:变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成;
C:不同类型的变量,可以起相同的名字;
D:A和a在java中是同一个变量;
答案:A第5题:表达式(11+3*8)/4%3的值是
A:0
B:31
C:1
D:2
答案:D二、问答题第1题:为什么好马不吃回头草
答案:后面的草没了第2题:小红马和小黑马生的小马几条腿
答案:4条腿第3题:铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案:头最疼第4题:什么床不能睡觉
答案:牙床
从以上的输出结果可以看到,每个⼈的题⽬和答案都是差异化的乱序的
小结
以上的实际场景模拟了原型模式在开发中᯿构的作⽤,但是原型模式的使⽤频率确实不是很⾼。如果有⼀些特殊场景需要使⽤到,也可以按照此设计模式进⾏优化。
原型设计模式的优点包括;便于通过克隆⽅式创建复杂对象、也可以避免重复做初始化操作、不需要与类中所属的其他类耦合等。但也有⼀些缺点如果对象中包括了循环引⽤的克隆,以及类中深度使⽤对象的克隆,都会使此模式变得异常麻烦。
终究设计模式是⼀整套的思想,在不同的场景合理的运⽤可以提升整体的架构的质量。永远不要想着去硬凑设计模式,否则将会引起过渡设计,以及在承接业务反复变化的需求时造成浪费的开发和维护成本。
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