深入理解Java設計模式之原型模式

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一、前言

單例模式可以避免重復創建消耗資源的對象，但是卻不得不共用對象。若是對象本身也不讓隨意訪問修改時，怎麼辦？通常做法是備份到副本，其它對象操作副本，最後獲取權限合並，類似git上的PR操作。

二、什麼是原型模式

原型模式用原型實例指定創建對象的種類，並通過拷貝這些原型創建新的對象。需要註意的關鍵字是，新的對象，類沒變。.NET在System命名空間中提供瞭Cloneable接口，其中它提供唯一的方法Clone()，隻需要實現這個接口就可以完成原型模式瞭。由於它直接操作內存中的二進制流，當大量操作或操作復雜對象時，性能優勢將會很明顯。

三、原型模式的適用場景

多用於創建大對象，或初始化繁瑣的對象。如遊戲中的背景，地圖。web中的畫佈等等

以下場景適用：

一是類初始化需要消化非常多的資源，這個資源包括數據、硬件資源等；

二是通過 new 產生一個對象需要非常繁瑣的數據準備或訪問權限，則可以使用原型模式；

三是一個對象需要提供給其他對象訪問，而且各個調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供調用者使用。

在實際項目中，原型模式很少單獨出現，一般是和工廠方法模式一起出現，通過 clone的方法創建一個對象，然後由工廠方法提供給調用者。

四、原型模式的實現

以簡歷的復印來舉例

1.淺拷貝實現

定義工作經歷類

/// <summary>
/// 工作經歷類
/// </summary>
public class WorkExperience
{
    private string _workDate;
    public string WorkDate
    {
        get { return _workDate; }
        set { _workDate = value; }
    }
     private string _company;
    public string Company
    {
        get { return _company; }
        set { _company = value; }
    }
}

定義簡歷類

/// <summary>
/// 簡歷類
/// </summary>
class Resume : ICloneable
{
    private string name;
    private string sex;
    private string age;
     private WorkExperience work;
     public Resume(string name)
    {
        this.name = name;
        work = new WorkExperience();
    }
     /// <summary>
    /// 設置個人信息
    /// </summary>
    /// <param name="sex"></param>
    /// <param name="age"></param>
    public void SetPersonalInfo(string sex, string age)
    {
        this.sex = sex;
        this.age = age;
    }
     /// <summary>
    /// 設置工作經歷
    /// </summary>
    /// <param name="workDate"></param>
    /// <param name="company"></param>
    public void SetWorkExperience(string workDate, string company)
    {
        work.WorkDate = workDate;
        work.Company = company;
    }
     /// <summary>
    /// 顯示
    /// </summary>
    public void Display()
    {
        Console.WriteLine("{0}{1}{2}", name, sex, age);
        Console.WriteLine("工作經歷：{0}{1}", work.WorkDate, work.Company);
    }
     public object Clone()
    {
        //創建當前object的淺表副本
        return (object)this.MemberwiseClone();
    }
}

客戶端調用

static void Main(string[] args)
{
    Resume a = new Resume("張三");
    a.SetPersonalInfo("男", "30");
    a.SetWorkExperience("2010-2018", "騰訊公司");
     Resume b = (Resume)a.Clone();
    b.SetWorkExperience("2010-2015", "阿裡公司");
     Resume c = (Resume)a.Clone();
    c.SetPersonalInfo("女", "18");　　c.SetWorkExperience("2010-2015", "百度公司");
     a.Display();
    b.Display();
    c.Display();
     Console.Read();
}

結果

張三 男 30
工作經歷 2010-2018 騰訊公司
張三 男 30
工作經歷 2010-2018 騰訊公司
張三 女 18
工作經歷 2010-2018 騰訊公司

被復制對象的所有變量都含有與原來的對象相同的值，而所有的對其他對象的引用都仍然指向原來的對象，這就是淺復制。但是我們可能需要這樣一種需求，要把復制的對象所引用的對象都復制一遍。比如剛才的例子，我希望a、b、c三個引用的對象都是不同的。復制時就一變二，二變三。此時，我們就要用的方式叫“深復制”

2.深拷貝實現

深復制把引用對象的變量指向復制過的新對象，而不是原來被引用的對象

/// <summary>
/// 工作經歷類
/// </summary>
public class WorkExperience:ICloneable
{
    private string _workDate;
    public string WorkDate
    {
        get { return _workDate; }
        set { _workDate = value; }
    }
     private string _company;
    public string Company
    {
        get { return _company; }
        set { _company = value; }
    }
     public object Clone()
    {
        //創建當前object的淺表副本
        return (object)this.MemberwiseClone();
    }
}
/// <summary>
/// 簡歷類
/// </summary>
class Resume : ICloneable
{
    private string name;
    private string sex;
    private string age;
     private WorkExperience work;
     public Resume(string name)
    {
        this.name = name;
        work = new WorkExperience();
    }
     private Resume(WorkExperience work)
    {
        //提供Clone方法調用的私有構造函數，以便克隆“工作經歷”數據
        this.work = (WorkExperience)work.Clone();
    }
     /// <summary>
    /// 設置個人信息
    /// </summary>
    /// <param name="sex"></param>
    /// <param name="age"></param>
    public void SetPersonalInfo(string sex, string age)
    {
        this.sex = sex;
        this.age = age;
    }
     /// <summary>
    /// 設置工作經歷
    /// </summary>
    /// <param name="workDate"></param>
    /// <param name="company"></param>
    public void SetWorkExperience(string workDate, string company)
    {
        work.WorkDate = workDate;
        work.Company = company;
    }
     /// <summary>
    /// 顯示
    /// </summary>
    public void Display()
    {
        Console.WriteLine("{0}{1}{2}", name, sex, age);
        Console.WriteLine("工作經歷：{0}{1}", work.WorkDate, work.Company);
    }
     public object Clone()
    {
        //調用私有的構造方法，讓“工作經歷”克隆完成，然後再給這個簡歷對象的相關字段賦值，
        //最終返回一個深復制的簡歷對象
        Resume obj = new Resume(this.work);
        obj.name = this.name;
        obj.sex = this.sex;
        obj.age = this.age;
        return obj;
    }
}

客戶端調用代碼一樣

結果

張三 男 30
工作經歷 2010-2018 騰訊公司
張三 男 30
工作經歷 2010-2015 阿裡公司
張三 女 18
工作經歷 2010-2015 百度公司

由於在一些特定場合，會經常涉及深復制和淺復制，比如說，數據集對象DataSet，它就有Clone()方法和Copy()方法，Clone()方法用來復制DataSet的結構，但不復制DataSet的數據，實現瞭原型模式的淺復制，

Copy()方法不但復制結構，還復制數據，其實就是實現瞭原型模式的深復制。

五、總結

原型模式通過Object的clone()方法實現，由於是內存操作，無視構造方法和訪問權限，直接獲取新的對象。但對於引用類型，需使用深拷貝，其它淺拷貝即可。

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