【设计模式】原型模式 ( 概念简介 | 使用场景 | 优缺点 | 基本用法 )

I . 原型模式 概念简介

原型模式 : 用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象

① 设计模式类型 : 创建型设计模式 ;

② 原型实例对象 : 给出原型实例对象 , 根据该对象创建新对象 ;

③ 创建对象类型 : 创建对象的种类由原型的实例对象类型确定 ;

④ 创建方式 : 不调用构造函数 , 而是通过克隆原型的实例对象 , 使用现有对象创建另一个相同类型的对象 , 隐藏创建细节 ;

II . 原型模式 使用场景

原型模式使用场景 : 原型模式的目的是 降低实例对象个数 , 减少构造函数的调用次数 ;

① 类初始化消耗资源过多 : 如果类初始化时消耗过多的资源 , 如这个类中某个成员占用大量内存 , 为了节省开销 ;

② 初始化繁琐耗时 : 类对象创建时经过大量的计算 , 或与本地资源 ( 数据库 , 文件 ) 频繁交互 , 每次创建消耗大量的 CPU 与 时间资源 ;

③ 构造函数复杂 : 类中定义的构造函数复杂 ;

④ 实例对象数量庞大 : 如果在内存中循环创建了很多该实例对象 , 就可以使用原型模式复用不用的对象 , 用于创建新对象 ;

III . 原型模式 优缺点

1 . 原型模式优点 : 性能高 , 简单 ;

① 性能高 : 使用原型模式复用的方式创建实例对象 , 比使用构造函数重新创建对象性能要高 ; ( 针对类实例对象开销大的情况 )

② 流程简单 : 原型模式可以简化创建的过程 , 可以直接修改现有的对象实例的值 , 达到复用的目的 ; ( 针对构造函数繁琐的情况 )

2 . 原型模式缺点 : 实现复杂 , 坑多 ;

① 覆盖 clone 方法 ( 必须 ) : 必须重写对象的 clone 方法 , Java 中提供了 cloneable 标识该对象可以被拷贝 , 但是必须覆盖 Object 的 clone 方法才能被拷贝 ;

② 深拷贝 与 浅拷贝 风险 : 克隆对象时进行的一些修改 , 容易出错 ; 需要灵活运用深拷贝与浅拷贝操作 ;

IV . 原型模式 实现及 简单示例

1 . 原型模式实现 :

① 对象创建原理 : 创建实例对象时使用原型模式 , 就是调用类的 clone 方法 , 直接克隆拷贝现有的实例对象 , 生成新的对象 ;

② 实现 Cloneable 接口 : 原型模式类需要实现 Cloneable 接口 , 如下面的 Student 类 ( class Student implements Cloneable ) 就实现了该接口 ;

③ 重写 clone() 方法 : 通常情况下直接调用父类的 clone 方法即可 , 这种方式是浅拷贝 ,

protected Object clone() throws CloneNotSupportedException{}

2 . 原型模式类代码示例 :

① 代码实现 : Student 类实现 Cloneable 接口 , 重写了 clone() 方法 , 直接调用父类的 clone() 方法 ;

② 地址打印 : 注意 toString 中调用到了父类的打印方法 , super.toString() , 该方法打印 类名@地址 信息 , 可以帮助我们通过内存地址信息 , 看到是否真正的创建了一个新的实例对象 ;

package kim.hsl.design.prototype;

/**
 * 原型模式实现流程 : 使用 clone 方法实现原型模式
 * 1 . 类继承 Cloneable 接口
 * 2 . 实现 protected Object clone() 方法
 */
public class Student implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
        System.out.println("调用 Student 默认构造函数");
    }

    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;
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("调用 Student clone 方法");
        return super.clone();
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", " + super.toString() +
                '}';
    }
}

3 . 使用原型模式创建实例测试代码 :

① 创建一个原型对象 : 首先使用构造函数 , 创建一个原型对象 newStudent , 之后的对象都是根据该原型对象 clone 创建的 ;

② 使用原型模式创建对象 : 循环中 , 通过调用原型对象 newStudent 的 clone() 方法 , 创建一个新的对象 ;

③ 性能分析 : 使用 clone 方法创建对象 , 比直接使用 new 构造函数方法开销更小 , 性能更高 , 如果要创建大量该对象示例 , 建议使用原型模式 , 使用 clone() 方法大量创建该对象 ;

package kim.hsl.design.prototype;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            //测试使用 clone 方法实现的原型模式 , 使用原型模式创建 10 个对象
            Student newStudent = new Student();

            /*
                需求声明 : 此时要创建 10 个 Student 对象
                         依次调用一个创建好的 Student 对象的 clone 方法 10 次
                         即可创建 10 个不同的对象
                适用场景 : 这是频繁创建大量的对象 , 该场景下适合使用原型模式
             */
            for (int i = 0; i