一天一个设计模式(四) - 原型模式(Prototype)

前言

原型模式属于对象的建立模式。经过给出一个原型对象来指明全部建立的对象的类型，而后用这个原型对象提供的复制办法建立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能够克隆自身的接口(类型)。这样一来，经过原型实例建立新的对象，就不须要关心这个实例自己的类型，只须要实现克隆自身的方法，也而无需再去经过new来建立。

原型类型的表现形式

1. 简单形式
2. 登记形式

正文

简单形式

相关角色

1. 客户(Client)角色：客户类提出建立对象的请求；
2. 抽象原型(Prototype)角色：这是一个抽象角色，一般由一个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。
3. 具体原型(Concrete Prototype)角色：此角色须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();
}
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ConcretePrototype1.java

public class ConcretePrototype1 extends Prototype {
    public ConcretePrototype1(String id) {
        super(id);
    }

    public Prototype clone() {
        Prototype prototype = new ConcretePrototype1(this.getId());
        return prototype;
    }
}
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ConcretePrototype2.java

public class ConcretePrototype2 extends Prototype {
    public ConcretePrototype2(String id) {
        super(id);
    }

    public Prototype clone() {
        Prototype prototype = new ConcretePrototype2(this.getId());
        return prototype;
    }
}
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运行结果

登记形式

相关角色

1. 客户(Client)角色：客户类提出建立对象的请求；
2. 抽象原型(Prototype)角色：这是一个抽象角色，一般由一个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。
3. 具体原型(Concrete Prototype)角色：此角色须要实现抽象原型角色要求的克隆相关的接口。
4. 原型管理器(Prototype Manager)角色：提供各类原型对象的建立和管理。

示例代码

除了原型管理器Prototype Manager之外，登记模式和简单模式并没有其余差别。

Prototype.java W

public interface Prototype {
    public Prototype clone();
    public String getName();
    public void setName(String name);
}
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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 + "]";
    }

}
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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 + "]";
    }
}
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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，避免从外部建立实例 */
    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 若是根据原型编号没法获取对应实例，则提示异常“您但愿获取的原型尚未注册或已被销毁” */
    public static Prototype getPrototype(String prototypeId) throws Exception {
        Prototype prototype = map.get(prototypeId);

        if (prototype == null) {
            throw new Exception("您但愿获取的原型尚未注册或已被销毁");
        }

        return prototype;
    }

}
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Client.java

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 建立第一个实例
            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);

            // 建立第二个实例
            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();
        }
    }
}
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运行结果

二者之间的比较

简单形式和登记形式的原型模式各有其长处和短处。

1. 若是要建立的原型对象数据较少并且比较固定的话，能够采用第一种形式。在这种状况下，原型对象的引用能够由客户端本身保存。
2. 若是要建立的原型对象数据不固定的话，能够采用第二种形式。在这种状况下，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。在克隆一个对象以前，客户端能够查看管理员对象是否已经有一个知足要求的原型对象。若是有，能够从原型管理器角色中取得这个对象引用；若是没有，客户端就须要自行复制此原型对象。

总结

原型模式的优势

原型模式容许在运行时动态改变具体的实现类型。原型模式能够在运行期间，有客户来注册符合原型接口的实现类型，也能够动态的改变具体的实现类型，看起来接口没有任何变化，可是其实运行的已是另一个类实体了。由于克隆一个原型对象就相似于实例化一个类。

原型模式的缺点

原型模式最主要的缺点是每个类都必需要配备一个克隆方法。配备克隆方法须要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类来讲并非很难，可是对于已有的类来讲并不容易。

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