本文详细介绍了Android中的原型模式，包括定义、UML类图、深拷贝与浅拷贝的概念，以及如何在实际应用中改造原型模式实现深拷贝。文章通过具体的代码示例解释了原型模式的优缺点，并探讨了在Android源码中如何运用原型模式。
前言
Android的设计模式系列文章介绍，欢迎关注，持续更新中：
Android的设计模式-设计模式的六大原则
创建型模式：
Android的设计模式-单例模式
Android的设计模式-建造者模式
Android的设计模式-工厂方法模式
Android的设计模式-简单工厂模式
Android的设计模式-抽象工厂模式
Android的设计模式-原型模式
行为型模式：
Android的设计模式-策略模式
Android的设计模式-状态模式
Android的设计模式-责任链模式
Android的设计模式-观察者模式
1.定义
用原型实例指定创建对象的种类，并通过拷贝这些原型创建新的对象。
2.介绍
- 原型模式属于创建型模式。
- 一个已存在的对象（即原型），通过复制原型的方式来创建一个内部属性跟原型都一样的新的对象，这就是原型模式。
- 原型模式的核心是clone方法，通过clone方法来实现对象的拷贝。
3.UML类图
3.1 角色说明：
- Prototype（抽象原型类）：抽象类或者接口，用来声明clone方法。
- ConcretePrototype（具体原型类）：即要被复制的对象。
- Client（客户端类）：即要使用原型模式的地方。
4.实现
4.1 Prototype（抽象原型类）：
- 通常情况下，Prototype是不需要我们去定义的。因为拷贝这个操作十分常用，Java中提供了Cloneable接口来支持拷贝操作，它就是原型模式中的Prototype。
- 当然，原型模式也未必非得去实现Cloneable接口，也有其他的实现方式。
4.2 创建具体原型类，实现Cloneable接口：
//具体原型类,卡片类
public class Card implements Cloneable {//实现Cloneable接口，Cloneable只是标识接口
private int num;//卡号
private Spec spec = new Spec();//卡规格
public Card() {
System.out.println("Card 执行构造函数");
}
public void setNum(int num) {
this.num = num;
}
public void setSpec(int length, int width) {
spec.setLength(length);
spec.setWidth(width);
}
@Override
public String toString() {
return "Card{" +
"num=" + num +
", spec=" + spec +
'}';
}
@Override
protected Card clone() throws CloneNotSupportedException {//重写clone()方法，clone()方法不是Cloneable接口里面的，而是Object里面的
System.out.println("clone时不执行构造函数");
return (Card) super.clone();
}
}
//规格类，有长和宽这两个属性
public class Spec {
private int width;
private int length;
public void setLength(int length) {
this.length = length;
}
public void setWidth(int width) {
this.width = width;
}
@Override
public String toString() {
return "Spec{" +
"width=" + width +
", length=" + length +
'}';
}
}
4.3 创建客户端类，即要使用原型模式的地方：
public class Client {
public void test() throws CloneNotSupportedException {
Card card1 = new Card();
card1.setNum(9527);
card1.setSpec(10, 20);
System.out.println(card1.toString());
System.out.println("----------------------");
Card card2 = card1.clone();
System.out.println(card2.toString());
System.out.println("----------------------");
}
}
输出结果：
Card 执行构造函数
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
----------------------
clone时不执行构造函数
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
----------------------
说明：
- clone对象时不会执行构造函数
- clone方法不是Cloneable接口中的，而是Object中的方法。Cloneable是个标识接口，表面了这个对象是可以拷贝的，如果没有实现Cloneable接口却调用clone方法则会报错。
但是，如果执行下面的代码：
Card card1 = new Card();
card1.setNum(9527);
card1.setSpec(10, 20);
System.out.println(card1.toString());
System.out.println("----------------------");
Card card2 = card1.clone();
System.out.println(card2.toString());
System.out.println("----------------------");
card2.setNum(7259);
System.out.println(card1.toString());
System.out.println(card2.toString());
System.out.println("----------------------");
card2.setSpec(30, 40);
System.out.println(card1.toString());
System.out.println(card2.toString());
System.out.println("----------------------");
其输出结果为：
Card 执行构造函数
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
----------------------
clone时不执行构造函数
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
----------------------
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
Card{num=7259, spec=Spec{width=20, length=10}}
----------------------
Card{num=9527, spec=Spec{width=40, length=30}}
Card{num=7259, spec=Spec{width=40, length=30}}
----------------------
我们会发现，修改了拷贝对象的引用类型（即Spec字段）时，原来的对象的值也跟着改变了；但是修改基本对象（num字段）时，原来的对象的值却不会改变。这就涉及到深拷贝和浅拷贝了。
5. 深拷贝和浅拷贝
5.1 浅拷贝
上面的例子实际上就是一个浅拷贝，如下图所示：
由于num是基本数据类型，因此直接将整数值拷贝过来就行。但是spec是Spec类型的， 它只是一个引用，指向一个真正的Spec对象，那么对它的拷贝有两种方式：
- 直接将源对象中的spec的引用值拷贝给新对象的spec字段，这种拷贝方式就叫浅拷贝。
5.2 深拷贝
另外一种拷贝方式就是根据原Card对象中的spec指向的对象创建一个新的相同的对象，将这个新对象的引用赋给新拷贝的Card对象的spec字段。这种拷贝方式就叫深拷贝，如下图所示：
5.3 原型模式改造
那么，我们对上面原型模式的例子进行改造，使其实现深拷贝，这就需要在Card的clone方法中，将源对象引用的Spec对象也clone一份。
public static class Card implements Cloneable {
private int num;
private Spec spec = new Spec();
public Card() {
System.out.println("Card 执行构造函数");
}
public void setNum(int num) {
this.num = num;
}
public void setSpec(int length, int width) {
spec.setLength(length);
spec.setWidth(width);
}
@Override
public String toString() {
return "Card{" +
"num=" + num +
", spec=" + spec +
'}';
}
@Override
protected Card clone() throws CloneNotSupportedException {
System.out.println("clone时不执行构造函数");
Card card = (Card) super.clone();
card.spec = (Spec) spec.clone();//对spec对象也调用clone，实现深拷贝
return card;
}
}
public static class Spec implements Cloneable {//Spec也实现Cloneable接口
private int width;
private int length;
public void setLength(int length) {
this.length = length;
}
public void setWidth(int width) {
this.width = width;
}
@Override
public String toString() {
return "Spec{" +
"width=" + width +
", length=" + length +
'}';
}
@Override
protected Spec clone() throws CloneNotSupportedException {//重写Spec的clone方法
return (Spec) super.clone();
}
}
测试代码：
Card card1 = new Card();
card1.setNum(9527);
card1.setSpec(10, 20);
System.out.println(card1.toString());
System.out.println("----------------------");
Card card2 = card1.clone();
System.out.println(card2.toString());
System.out.println("----------------------");
card2.setNum(7259);
System.out.println(card1.toString());
System.out.println(card2.toString());
System.out.println("----------------------");
card2.setSpec(30, 40);
System.out.println(card1.toString());
System.out.println(card2.toString());
System.out.println("----------------------");
其输出结果为：
Card 执行构造函数
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
----------------------
clone时不执行构造函数
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
----------------------
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
Card{num=7259, spec=Spec{width=20, length=10}}
----------------------
Card{num=9527, spec=Spec{width=20, length=10}}
Card{num=7259, spec=Spec{width=40, length=30}}
----------------------
由此可见，card1和card2内的spec引用指向了不同的Spec对象， 也就是说在clone Card对象的同时，也拷贝了它所引用的Spec对象， 进行了深拷贝。
6. 应用场景
- 如果初始化一个类时需要耗费较多的资源，比如数据、硬件等等，可以使用原型拷贝来避免这些消耗。
- 通过new创建一个新对象时如果需要非常繁琐的数据准备或者访问权限，那么也可以使用原型模式。
- 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，可以拷贝多个对象供调用者使用，即保护性拷贝。
7. 优点
- 可以解决复杂对象创建时消耗过多的问题，在某些场景下提升创建对象的效率。
- 保护性拷贝，可以防止外部调用者对对象的修改，保证这个对象是只读的。
8. 缺点
- 拷贝对象时不会执行构造函数。
- 有时需要考虑深拷贝和浅拷贝的问题。
9. Android中的源码分析
Android中的Intent就实现了Cloneable接口，但是clone()方法中却是通过new来创建对象的。
public class Intent implements Parcelable, Cloneable {
//其他代码略
@Override
public Object clone() {
return new Intent(this);//这里没有调用super.clone()来实现拷贝，而是直接通过new来创建
}
public Intent(Intent o) {
this.mAction = o.mAction;
this.mData = o.mData;
this.mType = o.mType;
this.mPackage = o.mPackage;
this.mComponent = o.mComponent;
this.mFlags = o.mFlags;
this.mContentUserHint = o.mContentUserHint;
if (o.mCategories != null) {
this.mCategories = new ArraySet<String>(o.mCategories);
}
if (o.mExtras != null) {
this.mExtras = new Bundle(o.mExtras);
}
if (o.mSourceBounds != null) {
this.mSourceBounds = new Rect(o.mSourceBounds);
}
if (o.mSelector != null) {
this.mSelector = new Intent(o.mSelector);
}
if (o.mClipData != null) {
this.mClipData = new ClipData(o.mClipData);
}
}
}
总结 ：
- 实际上，调用clone()构造对象时并不一定比new快，使用clone()还是new来创建对象需要根据构造对象的成本来决定，如果对象的构造成本比较高或者构造比较麻烦，那么使用clone()的效率比较高，否则使用new。
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