一天一个设计模式：原型模式(Prototype)
前言
原型模式属于对象的创建模式。通过给出一个原型对象来指明所有创建的对象的类型，然后用这个原型对象提供的复制办法创建出更多同类型的对象。
原型模式的结构
原型模式要求对象实现一个可以克隆自身的接口(类型)。这样一来，通过原型实例创建新的对象，就不需要关心这个实例本身的类型，只需要实现克隆自身的方法，也而无需再去通过new来创建。
原型类型的表现形式
- 简单形式
- 登记形式
正文
简单形式
相关角色
- 客户(Client)角色：客户类提出创建对象的请求；
- 抽象原型(Prototype)角色：这是一个抽象角色，通常由一个Java接口或者Java抽象类实现。此角色定义了的具体原型类所需的实现的方法。
- 具体原型(Concrete Prototype)角色：此角色需要实现抽象原型角色要求的克隆相关的接口。
示例代码
Prototype.java
/**
* 抽象原型角色
*/
public abstract class Prototype {
private String id;
public Prototype(String id) {
this.id = id;
}
public String getId() {
return id;
}
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
/**
* 克隆自身的方法
* @return 一个从自身克隆出来的对象。
*/
public abstract Prototype clone();
}
ConcretePrototype1.java
public class ConcretePrototype1 extends Prototype {
public ConcretePrototype1(String id) {
super(id);
}
public Prototype clone() {
Prototype prototype = new ConcretePrototype1(this.getId());
return prototype;
}
}
ConcretePrototype2.java
public class ConcretePrototype2 extends Prototype {
public ConcretePrototype2(String id) {
super(id);
}
public Prototype clone() {
Prototype prototype = new ConcretePrototype2(this.getId());
return prototype;
}
}
运行结果
登记形式
相关角色
- 客户(Client)角色：客户类提出创建对象的请求；
- 抽象原型(Prototype)角色：这是一个抽象角色，通常由一个Java接口或者Java抽象类实现。此角色定义了的具体原型类所需的实现的方法。
- 具体原型(Concrete Prototype)角色：此角色需要实现抽象原型角色要求的克隆相关的接口。
- 原型管理器(Prototype Manager)角色：提供各种原型对象的创建和管理。
示例代码
除了原型管理器Prototype Manager以外，登记模式和简单模式并无其他差异。
Prototype.java
public interface Prototype {
public Prototype clone();
public String getName();
public void setName(String name);
}
ConcretePrototype1.java
public class ConcretePrototype1 implements Prototype {
private String name;
@Override
public String getName() {
return this.name;
}
@Override
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public Prototype clone() {
Prototype prototype = new ConcretePrototype1();
prototype.setName(this.name);
return prototype;
}
@Override
public String toString() {
return "ConcretePrototype1 [name=" + name + "]";
}
}
ConcretePrototype2.java
public class ConcretePrototype2 implements Prototype {
private String name;
@Override
public String getName() {
return this.name;
}
@Override
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public Prototype clone() {
Prototype prototype = new ConcretePrototype2();
prototype.setName(this.name);
return prototype;
}
@Override
public String toString() {
return "ConcretePrototype2 [name=" + name + "]";
}
}
PrototypeManager.java
public class PrototypeManager {
/**
* 用来记录原型的编号同原型实例的对象关系
*/
private static Map<String, Prototype> map = new HashMap<>();
/**
* 私有化构造方法，避免从外部创建实例
*/
private PrototypeManager() {
}
/**
* 向原型管理器里面添加或者修改原型实例
*
* @param prototypeId 原型编号
* @param prototype 原型实例
*/
public static void setProtoType(String prototypeId, Prototype prototype) {
map.put(prototypeId, prototype);
}
/**
* 根据原型编号从原型管理器里面移除原型实例
*
* @param prototypeId 原型编号
*/
public static void removePrototype(String prototypeId) {
map.remove(prototypeId);
}
/**
* 根据原型编号获取原型实例
*
* @param prototypeId 原型编号
* @return 原型实例对象
* @throws Exception 如果根据原型编号无法获取对应实例，则提示异常“您希望获取的原型还没有注册或已被销毁”
*/
public static Prototype getPrototype(String prototypeId) throws Exception {
Prototype prototype = map.get(prototypeId);
if (prototype == null) {
throw new Exception("您希望获取的原型还没有注册或已被销毁");
}
return prototype;
}
}
Client.java
public class Client {
public static void main(String[] args) {
try {
// 创建第一个实例
Prototype p1 = new ConcretePrototype1();
// 注册第一个实例
PrototypeManager.setProtoType("p1", p1);
// 克隆第一个实例的原型
Prototype p3 = PrototypeManager.getPrototype("p1").clone();
p3.setName("张三");
System.out.println("第一个实例的副本：" + p3);
// 创建第二个实例
Prototype p2 = new ConcretePrototype2();
// 注册第二个实例
PrototypeManager.setProtoType("p2", p2);
// 克隆第二个实例的原型
Prototype p4 = PrototypeManager.getPrototype("p2").clone();
p4.setName("李四");
System.out.println("第二个实例的副本：" + p4);
// 注销第一个实例
PrototypeManager.removePrototype("p1");
// 再次克隆第一个实例的原型
Prototype p5 = PrototypeManager.getPrototype("p1").clone();
p5.setName("王五");
System.out.println("第一个实例的副本：" + p5);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
运行结果
两者之间的比较
简单形式和登记形式的原型模式各有其长处和短处。
- 如果要创建的原型对象数据较少而且比较固定的话，可以采用第一种形式。在这种情况下，原型对象的引用可以由客户端自己保存。
- 如果要创建的原型对象数据不固定的话，可以采用第二种形式。在这种情况下，客户端不保存对原型对象的引用，这个任务被交给原型管理器角色。在克隆一个对象之前，客户端可以查看管理员对象是否已经有一个满足要求的原型对象。如果有，可以从原型管理器角色中取得这个对象引用；如果没有，客户端就需要自行复制此原型对象。
总结
原型模式的优点
原型模式允许在运行时动态改变具体的实现类型。原型模式可以在运行期间，有客户来注册符合原型接口的实现类型，也可以动态的改变具体的实现类型，看起来接口没有任何变化，但是其实运行的已经是另外一个类实体了。因为克隆一个原型对象就类似于实例化一个类。
原型模式的缺点
原型模式最主要的缺点是每一个类都必须要配备一个克隆方法。配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类来说并不是很难，但是对于已有的类来说并不容易。