5茅信、Android設(shè)計模式---（使程序運(yùn)行更高效）原型模式

一、介紹，定義

原型模式（Prototype Pattern）是用于創(chuàng)建重復(fù)的對象殊者，同時又能保證性能与境。

這種模式是實現(xiàn)了一個原型接口，該接口用于創(chuàng)建當(dāng)前對象的克隆猖吴。當(dāng)直接創(chuàng)建對象的代價比較大時摔刁，則采用這種模式。例如海蔽，一個對象需要在一個高代價的數(shù)據(jù)庫操作之后被創(chuàng)建共屈。我們可以緩存該對象，在下一個請求時返回它的克隆党窜，在需要的時候更新數(shù)據(jù)庫拗引，以此來減少數(shù)據(jù)庫調(diào)用。

二幌衣、使用場景

1類初始化需要消耗非常多的資源矾削，包括數(shù)據(jù)庫、硬件資源等通過原型復(fù)制避免這些消耗豁护。
2通過new產(chǎn)生一個對象需要非常繁瑣的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備或訪問權(quán)限,這時可以使用原型模式;
3一個對象需要提供給其他對象訪問,而且各個調(diào)用者可能都需要修改其值時,可以考慮使用原型模式拷貝多個對象共調(diào)用者使用,即保護(hù)性拷貝.
通過實現(xiàn)Cloneable接口的原型模式在調(diào)用clone函數(shù)構(gòu)造實例時并不一定比new快哼凯，只有new的成本較高、耗時時楚里，通過clone方法才能獲得效率上的提升断部。

注：Android系統(tǒng)中很多地方都用到了原型模式，除此之外班缎，像比較有名的OkHttp蝴光、realm數(shù)據(jù)庫…都用到了原型模式

三、原型模式UML類圖

4.png

Client：客戶端
Prototype：抽象類或者接口达址，聲明具備clone能力
Concreteprototype:具體的原型類

四蔑祟、原型模式簡單實現(xiàn)

例子中首先創(chuàng)建了一個文檔對象，即WordDocument苏携，這個文檔中含有文字和圖片做瞪。用戶經(jīng)過了長時間的內(nèi)容編輯后，打算對該文檔做進(jìn)一步的編輯右冻，但是装蓬，這個編輯后的文檔是否會被采用還不確定，因此纱扭，為了安全起見牍帚，用戶需要將當(dāng)前文檔拷貝一份，然后再在文檔副本上進(jìn)行修改乳蛾，這與《Effective Java》一書中提到的保護(hù)性拷貝有些類似暗赶，如此鄙币，這個原始文檔就是我們上述所說的樣板實例，也就是將要被“克隆”的對象蹂随，我們稱為原型：

/**
 * 文檔類型十嘿，扮演的是ConcretePrototype角色，而cloneable是代表prototype角色
 */
public class WordDocument implements Cloneable {
 //文本
 private String mText;
 //圖片名列表
 private ArrayList<String> mImages = new ArrayList<String>();
 public WordDocument(){
  System.out.println("-------- WordDocument構(gòu)造函數(shù) --------");
 }
 public String getText(){
  return this.mText;
 }
 public void setText(String text){
  this.mText = text;
 }
 public ArrayList<String> getImages(){
  return this.mImages;
 }
 public void setImages(ArrayList<String> images){
  this.mImages = images;
 }
 public void addImage(String img){
  this.mImages.add(img);
 }
 /**
  * 打印文檔
  */
 public void showDocument(){
  System.out.println("-------- Word Content Start --------");
  System.out.println("Text : " + this.mText);
  System.out.println("Images List : ");
  for(String image : mImages){
   System.out.println("image name : " + image);
  }
  System.out.println("-------- Word Content End --------");
 }
 @Override
 protected WordDocument clone(){
  try{
   WordDocument doc = (WordDocument)super.clone();
   doc.mText = this.mText;
   doc.mImages = this.mImages;
   return doc;
  }catch(Exception e){}
  return null;
 }
}

public static void main(String[] args) throws IOException {
  //1.構(gòu)建文檔對象
  WordDocument originDoc = new WordDocument();
  //2.編輯文檔岳锁，添加圖片等
  originDoc.setText("這是一篇文檔");
  originDoc.addImage("圖片一");
  originDoc.addImage("圖片二");
  originDoc.addImage("圖片三");
  originDoc.showDocument();
  //以原始文檔為原型绩衷，拷貝一份副本
  WordDocument doc2 = originDoc.clone();
  doc2.showDocument();
  //修改文檔副本
  doc2.setText("這是修改過的Doc2文本");
  doc2.addImage("這是新添加的圖片");
  originDoc.showDocument();
  doc2.showDocument();
}

結(jié)果

-------- WordDocument構(gòu)造函數(shù) --------
//originDoc
-------- Word Content Start --------
Text : 這是一篇文檔
Images List :
image name : 圖片一
image name : 圖片二
image name : 圖片三
-------- Word Content End --------
 
//doc2
-------- Word Content Start --------
Text : 這是一篇文檔
Images List :
image name : 圖片一
image name : 圖片二
image name : 圖片三
-------- Word Content End --------
 
//副本修改后originDoc
-------- Word Content Start --------
Text : 這是一篇文檔
Images List :
image name : 圖片一
image name : 圖片二
image name : 圖片三
image name : 這是新添加的圖片
-------- Word Content End --------
 
//副本修改后doc2
-------- Word Content Start --------
Text : 這是修改過的Doc2文本
Images List :
image name : 圖片一
image name : 圖片二
image name : 圖片三
image name : 這是新添加的圖片
-------- Word Content End --------

這里我們發(fā)現(xiàn)通過修改doc2后，只是影響了originDoc的mImages激率，而沒有改變mText咳燕。

五、重點

clone拷貝對象并不會執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)乒躺，當(dāng)有一些特殊初始化時招盲，需要注意；

上述原型模式的實現(xiàn)實際上只是一個淺拷貝嘉冒，也稱影子拷貝曹货，這份拷貝實際上并不是將原始的文檔的所有字段都重新構(gòu)造了一份，而是副本文檔的字段引用原始文檔的字段讳推，如下圖：

5.png

細(xì)心的讀者可能從上面的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)控乾，最后兩個文檔信息輸出是一致的。我們在doc2添加了一張圖片娜遵，但是，同時也顯示在originDoc中壤短，這是怎么回事呢设拟？學(xué)習(xí)過C++的讀者都會有比較深刻的體會，這是因為上文中WordDocument的clone方法中只是簡單的進(jìn)行了淺拷貝久脯，引用類型的新對象doc2.mImages只是單純的指向了this.mImages引用纳胧，并沒有重新構(gòu)造一個mImages對象，然后將原始文檔中的圖片添加到新的mImages對象中帘撰，這樣就導(dǎo)致doc2.mImages與原始文檔中的是同一個對象跑慕，因此，修改了其中一個文檔中的圖片摧找，另一個文檔也會受影響核行。那么如何解決這個問題呢？答案就是采用深拷貝蹬耘，即在拷貝對象時芝雪，對于引用型的字段也要采用拷貝的形式，而不是單純引用的形式综苔。

clone方法修改如下(其他不變)：

@Override
protected WordDocument clone(){
  try{
   WordDocument doc = (WordDocument)super.clone();
   doc.mText = this.mText;
   //對mImages對象也調(diào)用clone()函數(shù)惩系，進(jìn)行深拷貝
   doc.mImages = (ArrayList<String>)this.mImages.clone();
   return doc;
  }catch(Exception e){}
  return null;
}

修改后在執(zhí)行上述代碼的結(jié)果是：

-------- WordDocument構(gòu)造函數(shù) --------
//originDoc
-------- Word Content Start --------
Text : 這是一篇文檔
Images List :
image name : 圖片一
image name : 圖片二
image name : 圖片三
-------- Word Content End --------
 
//doc2
-------- Word Content Start --------
Text : 這是一篇文檔
Images List :
image name : 圖片一
image name : 圖片二
image name : 圖片三
-------- Word Content End --------
 
//副本修改后originDoc
-------- Word Content Start --------
Text : 這是一篇文檔
Images List :
image name : 圖片一
image name : 圖片二
image name : 圖片三
-------- Word Content End --------
 
//副本修改后doc2
-------- Word Content Start --------
Text : 這是修改過的Doc2文本
Images List :
image name : 圖片一
image name : 圖片二
image name : 圖片三
image name : 這是新添加的圖片
-------- Word Content End --------

可以看出現(xiàn)在互不影響位岔，這個叫做深拷貝。

接著上面的疑問堡牡，其實String類型在淺拷貝時和引用類型一樣抒抬，沒有單獨復(fù)制，而是引用同一地址晤柄，因為String沒有實現(xiàn)cloneable接口擦剑，也就是說只能復(fù)制引用。（這里我們可以查看源碼可以看到可免，而ArrayList實現(xiàn)了cloneable接口）但是當(dāng)修改其中的一個值的時候抓于，會新分配一塊內(nèi)存用來保存新的值，這個引用指向新的內(nèi)存空間浇借，原來的String因為還存在指向他的引用捉撮，所以不會被回收，這樣妇垢，雖然是復(fù)制的引用巾遭，但是修改值的時候，并沒有改變被復(fù)制對象的值闯估。

所以在很多情況下灼舍，我們可以把String在clone的時候和基本類型做相同的處理，只是在equals時注意一些就行了涨薪。

原型模式是非常簡單的一個模式骑素，它的核心問題就是對原始對象進(jìn)行拷貝，在這個模式的使用過程中需要注意的一點就是：深刚夺、淺拷貝的問題献丑。在開發(fā)過程中，為了減少錯誤侠姑，作者建議使用該模式時盡量使用深拷貝创橄，避免操作副本時影響原始對象的問題。

六莽红、總結(jié)

原型模式本質(zhì)上就是對象的拷貝妥畏，與C++中的拷貝構(gòu)造函數(shù)有些類似，它們之間容易出現(xiàn)的問題也都是深拷貝安吁、淺拷貝醉蚁。使用原型模式可以解決構(gòu)建復(fù)雜對象的資源消耗問題，能夠在某些場景下提升創(chuàng)建對象的效率柳畔。
優(yōu)點：
（1）原型模式是在內(nèi)存中二進(jìn)制流的拷貝馍管，要比直接new一個對象性能好很多，特別是要在一個循環(huán)體內(nèi)產(chǎn)生大量對象時薪韩，原型模式可能更好的體現(xiàn)其優(yōu)點确沸。
（2）還有一個重要的用途就是保護(hù)性拷貝捌锭，也就是對某個對象對外可能是只讀的，為了防止外部對這個只讀對象的修改罗捎，通彻矍可以通過返回一個對象拷貝的形式實現(xiàn)只讀的限制。
缺點：
（1）這既是它的優(yōu)點也是缺點桨菜，直接在內(nèi)存中拷貝豁状，構(gòu)造函數(shù)是不會執(zhí)行的，在實際開發(fā)中應(yīng)該注意這個潛在問題倒得。優(yōu)點是減少了約束泻红，缺點也是減少了約束，需要大家在實際應(yīng)用時考慮霞掺。
（2）通過實現(xiàn)Cloneable接口的原型模式在調(diào)用clone函數(shù)構(gòu)造實例時并不一定比通過new操作速度快谊路，只有當(dāng)通過new構(gòu)造對象較為耗時或者說成本較高時，通過clone方法才能夠獲得效率上的提升菩彬。

5砚婆、Android設(shè)計模式---（使程序運(yùn)行更高效）原型模式