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跟着GPT学设计模式之原型模式

article 2024/12/23 7:30:40

如果对象的创建成本比较大，而同一个类的不同对象之间差别不大（大部分字段都相同），在这种情况下，我们可以利用对已有对象（原型）进行复制（或者叫拷贝）的方式来创建新对象，以达到节省创建时间的目的。这种基于原型来创建对象的方式就叫作原型设计模式（Prototype Design Pattern），简称原型模式。

如果对象中的数据需要经过复杂的计算才能得到（比如排序、计算哈希值），或者需要从 RPC、网络、数据库、文件系统等非常慢速的 IO 中读取，这种情况下，我们就可以利用原型模式，从其他已有对象中直接拷贝得到，而不用每次在创建新对象的时候，都重复执行这些耗时的操作。

建造者模式的实现

说明

原型模式的核心是一个抽象原型类（Prototype），该类定义了克隆方法（clone），用于复制自身并创建新对象。具体的原型类（Concrete Prototype）继承自抽象原型类，并实现了克隆方法。

需要注意的是，在 Java 中使用原型模式进行对象克隆时，通常需要实现 Cloneable 接口，并重写 clone() 方法来实现深层克隆。否则，默认的 clone() 方法只会进行浅层克隆，即复制对象的引用而不是实际数据。如果对象包含引用类型的成员变量，则需要对这些成员变量也进行克隆操作，以保证克隆对象与原始对象之间的数据独立性。

编程示例

// 抽象原型类
public abstract class Prototype implements Cloneable {
    // 定义克隆方法
    public abstract Prototype clone();
}

// 具体原型类A
public class ConcretePrototypeA extends Prototype {
    // 实现克隆方法
    @Override
    public Prototype clone() {
        return new ConcretePrototypeA();
    }
}

// 具体原型类B
public class ConcretePrototypeB extends Prototype {
    // 实现克隆方法
    @Override
    public Prototype clone() {
        return new ConcretePrototypeB();
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Prototype prototypeA = new ConcretePrototypeA();  // 创建原型对象A
        Prototype cloneA = prototypeA.clone();  // 克隆原型对象A

        Prototype prototypeB = new ConcretePrototypeB();  // 创建原型对象B
        Prototype cloneB = prototypeB.clone();  // 克隆原型对象B
    }
}

抽象原型类 Prototype 定义了克隆方法 clone()，具体原型类 ConcretePrototypeA 和 ConcretePrototypeB 分别继承自抽象原型类，并实现了克隆方法。客户端通过实例化具体原型类来创建原型对象，然后通过调用克隆方法 clone() 复制该对象并创建新的对象。

深度拷贝的另外一种实现方法：

public Object deepCopy(Object object) {
  ByteArrayOutputStream bo = new ByteArrayOutputStream();
  ObjectOutputStream oo = new ObjectOutputStream(bo);
  oo.writeObject(object);
  
  ByteArrayInputStream bi = new ByteArrayInputStream(bo.toByteArray());
  ObjectInputStream oi = new ObjectInputStream(bi);
  
  return oi.readObject();
}