设计模式:原型模式

本文介绍了原型模式,它是创建型模式,用于创建重复对象并保证性能。阐述了其实现原理,适用于资源优化、性能和安全要求高以及多修改者的场景。还分析了浅克隆问题和深克隆优势,并给出了浅克隆和深克隆的实现方法,在开发中常与工厂方法模式搭配。

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原型模式

什么是原型模式?

  • 原型模式是用于创建重复的对象,同时又能保证性能。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式。

实现原理

  • 这种模式是实现了一个原型接口,该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时,则采用这种模式。例如:一个对象需要在一个高代价的数据库操作之后被创建。我们可以缓存该对象,在下一个请求时返回它的克隆,在需要的时候更新数据库,以此来减少数据库调用。

适用场景

  • 资源优化场景
  • 类初始化需要消化非常多的资源,这个资源包括数据、硬件资源等。
  • 性能和安全要求的场景
  • 通过new产生一个对象需要非常频繁的数据准备或访问权限,则可以使用原型模式。
  • 一个对象多个修改者的场景。
  • 一个对象需要提供给其他对象访问,而且各个调用者可能都需要修改其值时,可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用
  • 在实际项目中,原型模式很少单独出现,一般是和工厂方法模式一起出现,通过 clone 的方法创建一个对象,然后由工厂方法提供给调用者。原型模式已经与 Java 融为浑然一体,大家可以随手拿来使用。

特点

  • 效率高,直接克隆,避免了重新执行构造过程步骤。
  • 克隆出的对象其属性与原型对象相同,克隆出的对象不会改变原型对象。

浅克隆存在的问题

被赋值的对象对其他对象的引用仍指向原来的对象。

深克隆的优势

  • 把引用类的对象也进行克隆,不再指向原来的对象,解决的浅克隆的问题。
  • 深克隆让已实现cloneable接口的类中的属性也实现cloneable接口。
  • 深度克隆的类内部基本数据类型和String能够自动实现深度克隆。

借用一下大佬的图:
在这里插入图片描述
浅拷贝实现 Cloneable,重写,深拷贝是通过实现 Serializable 读取二进制流

浅克隆的实现

在这里插入图片描述

package prototype;
//所有图像类的基类
//实现Cloneable接口使用克隆功能
public abstract class shape implements Cloneable{
	private String id;
	protected String type;
	abstract void draw();
	public String getType() {
		return this.type;
	}
	public String getId() {
		return id;
	}
	public void setId(String id) {
		this.id=id;
	}
	public Object clone() {
		Object clone=null;
		try {
			clone=super.clone();
		} catch (Exception e) {
			// TODO: handle exception
			e.printStackTrace();
		}
		return clone;
	}
}
package prototype;
//长方形类
public class Rectangle extends shape{
public Rectangle() {
	type="Rectangle";
}
public void draw() {
	System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
}

}
package prototype;
//正方形类
public class Square extends shape {

	public Square() {
		// TODO Auto-generated constructor stub
		type="Square";
	}
	@Override
	void draw() {
		// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("Inside Square::draw() method");
	}

}
package prototype;

import java.util.Hashtable;

public class ShapeCache {
		//保存类的原型
	private static Hashtable<String, shape> shapMap=new Hashtable<String,shape>();
	//产生原型类的浅克隆对象
	public static shape getShape(String shapeId) {
		shape cachedShape=shapMap.get(shapeId);
		return (shape)cachedShape.clone();
	}
	//加载所有原型类存入Hashtable中
	public static void loadCache() {
		Square square=new Square();
		square.setId("2");
		shapMap.put(square.getId(), square);
		Rectangle rectangle=new Rectangle();
		rectangle.setId("3");
		shapMap.put(rectangle.getId(), rectangle);
	}
}
package prototype;

public class PrototypePatternDemo {

	public static void main(String[] args) {
		ShapeCache.loadCache();
		shape cloneShape=(shape)ShapeCache.getShape("2");
		System.out.println("shape:"+cloneShape.getType());
	}
}

深克隆的实现

使用序列化与反序列化的技巧,实现方式如下:
给shape类实现Serializable
在这里插入图片描述

//产生原型类的深克隆对象
	public static shape getShape2(String shapeId) throws IOException, ClassNotFoundException
	{
		shape cachedShape=shapMap.get(shapeId);
		//创建字节输出流
		ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream=new ByteArrayOutputStream();
		//创建对象输出流
		ObjectOutputStream objectOutputStream=new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);
		//将原型对象写入对象输出流中,因为对象输出流定向输出到字节输出流,生成的流会保存在字节输出流中
		objectOutputStream.writeObject(cachedShape);
		//转为二进制流
		byte[] bytes=byteArrayOutputStream.toByteArray();
		ByteArrayInputStream bInputStream=new ByteArrayInputStream(bytes);
		//将二进制流转对象
		ObjectInputStream oInputStream=new ObjectInputStream(bInputStream);
		shape cachedShape2=(shape)oInputStream.readObject();
		
		return cachedShape2;
	}

开发中的应用场景

原型模式很少单独出现,一般是和工厂方法模式一起出现,通过clone的方法创建一个对象,然后由工厂方法提供给调用者。

Spring中的Bean的创建实际就是两种:单例模式和原型模式(原型模式需要和工厂模式搭配起来)

基于数据挖掘的音乐推荐系统设计与实现 需要一个代码说明,不需要论文 采用python语言,django框架,mysql数据库开发 编程环境:pycharm,mysql8.0 系统分为前台+后台模式开发 网站前台: 用户注册, 登录 搜索音乐,音乐欣赏(可以在线进行播放) 用户登陆时选择相关感兴趣的音乐风格 音乐收藏 音乐推荐算法:(重点) 本课题需要大量用户行为(如播放记录、收藏列表)、音乐特征(如音频特征、歌曲元数据)等数据 (1)根据用户之间相似性或关联性,给一个用户推荐与其相似或有关联的其他用户所感兴趣的音乐; (2)根据音乐之间的相似性或关联性,给一个用户推荐与其感兴趣的音乐相似或有关联的其他音乐。 基于用户的推荐和基于物品的推荐 其中基于用户的推荐是基于用户的相似度找出相似相似用户,然后向目标用户推荐其相似用户喜欢的东西(和你类似的人也喜欢**东西); 而基于物品的推荐是基于物品的相似度找出相似的物品做推荐(喜欢该音乐的人还喜欢了**音乐); 管理员 管理员信息管理 注册用户管理,审核 音乐爬虫(爬虫方式爬取网站音乐数据) 音乐信息管理(上传歌曲MP3,以便前台播放) 音乐收藏管理 用户 用户资料修改 我的音乐收藏 完整前后端源码,部署后可正常运行! 环境说明 开发语言:python后端 python版本:3.7 数据库:mysql 5.7+ 数据库工具:Navicat11+ 开发软件:pycharm
MPU6050是一款广泛应用在无人机、机器人和运动设备中的六轴姿态传感器,它集成了三轴陀螺仪和三轴加速度计。这款传感器能够实时监测并提供设备的角速度和线性加速度数据,对于理解物体的动态运动状态至关重要。在Arduino平台上,通过特定的库文件可以方便地与MPU6050进行通信,获取并解析传感器数据。 `MPU6050.cpp`和`MPU6050.h`是Arduino库的关键组成部分。`MPU6050.h`是头文件,包含了定义传感器接口和函数声明。它定义了类`MPU6050`,该类包含了初始化传感器、读取数据等方法。例如,`begin()`函数用于设置传感器的工作模式和I2C地址,`getAcceleration()`和`getGyroscope()`则分别用于获取加速度和角速度数据。 在Arduino项目中,首先需要包含`MPU6050.h`头文件,然后创建`MPU6050`对象,并调用`begin()`函数初始化传感器。之后,可以通过循环调用`getAcceleration()`和`getGyroscope()`来不断更新传感器读数。为了处理这些原始数据,通常还需要进行校准和滤波,以消除噪声和漂移。 I2C通信协议是MPU6050与Arduino交互的基础,它是一种低引脚数的串行通信协议,允许多个设备共享一对数据线。Arduino板上的Wire库提供了I2C通信的底层支持,使得用户无需深入了解通信细节,就能方便地与MPU6050交互。 MPU6050传感器的数据包括加速度(X、Y、Z轴)和角速度(同样为X、Y、Z轴)。加速度数据可以用来计算物体的静态位置和动态运动,而角速度数据则能反映物体转动的速度。结合这两个数据,可以进一步计算出物体的姿态(如角度和角速度变化)。 在嵌入式开发领域,特别是使用STM32微控制器时,也可以找到类似的库来驱动MPU6050。STM32通常具有更强大的处理能力和更多的GPIO口,可以实现更复杂的控制算法。然而,基本的传感器操作流程和数据处理原理与Arduino平台相似。 在实际应用中,除了基本的传感器读取,还可能涉及到温度补偿、低功耗模式设置、DMP(数字运动处理器)功能的利用等高级特性。DMP可以帮助处理传感器数据,实现更高级的运动估计,减轻主控制器的计算负担。 MPU6050是一个强大的六轴传感器,广泛应用于各种需要实时运动追踪的项目中。通过 Arduino 或 STM32 的库文件,开发者可以轻松地与传感器交互,获取并处理数据,实现各种创新应用。博客和其他开源资源是学习和解决问题的重要途径,通过这些资源,开发者可以获得关于MPU6050的详细信息和实践指南
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