Java原型模式
原型(Prototype)模式的定义如下:用一个已经创建的实例作为原型,通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象。在这里,原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效,根本无须知道对象创建的细节
原型模式的结构与实现
由于 Java 提供了对象的 clone() 方法,所以用 Java 实现原型模式很简单。
1. 模式的结构
原型模式包含以下主要角色。
- 抽象原型类:规定了具体原型对象必须实现的接口。
- 具体原型类:实现抽象原型类的 clone() 方法,它是可被复制的对象。
- 访问类:使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。
其结构图如图 1 所示。
![原型模式的结构图](http://c.biancheng.net/uploads/allimg/181114/3-1Q114101Fa22.gif)
图1 原型模式的结构图
2. 模式的实现
原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆,Java 中的 Object 类提供了浅克隆的 clone() 方法,具体原型类只要实现 Cloneable 接口就可实现对象的浅克隆,这里的 Cloneable 接口就是抽象原型类。其代码如下:
//具体原型类 class Realizetype implements Cloneable { Realizetype() { System.out.println("具体原型创建成功!"); } public Object clone() throws CloneNotSupportedException { System.out.println("具体原型复制成功!"); return (Realizetype)super.clone(); } } //原型模式的测试类 public class PrototypeTest { public static void main(String[] args)throws CloneNotSupportedException { Realizetype obj1=new Realizetype(); Realizetype obj2=(Realizetype)obj1.clone(); System.out.println("obj1==obj2?"+(obj1==obj2)); } }
程序的运行结果如下:
具体原型创建成功! 具体原型复制成功! obj1==obj2?false
原型模式的应用实例
【例1】用原型模式模拟“孙悟空”复制自己。
分析:孙悟空拔下猴毛轻轻一吹就变出很多孙悟空,这实际上是用到了原型模式。这里的孙悟空类 SunWukong 是具体原型类,而 Java 中的 Cloneable 接口是抽象原型类。
同前面介绍的猪八戒实例一样,由于要显示孙悟空的图像(点击此处下载该程序所要显示的孙悟空的图片),所以将孙悟空类定义成面板 JPanel 的子类,里面包含了标签,用于保存孙悟空的图像。
另外,重写了 Cloneable 接口的 clone() 方法,用于复制新的孙悟空。访问类可以通过调用孙悟空的 clone() 方法复制多个孙悟空,并在框架窗体 JFrame 中显示。图 2 所示是其结构图。
![孙悟空生成器的结构图](http://c.biancheng.net/uploads/allimg/181114/3-1Q114101K4L9.gif)
图2 孙悟空生成器的结构图
程序代码如下:
import java.awt.*; import javax.swing.*; class SunWukong extends JPanel implements Cloneable { private static final long serialVersionUID = 5543049531872119328L; public SunWukong() { JLabel l1=new JLabel(new ImageIcon("src/Wukong.jpg")); this.add(l1); } public Object clone() { SunWukong w=null; try { w=(SunWukong)super.clone(); } catch(CloneNotSupportedException e) { System.out.println("拷贝悟空失败!"); } return w; } } public class ProtoTypeWukong { public static void main(String[] args) { JFrame jf=new JFrame("原型模式测试"); jf.setLayout(new GridLayout(1,2)); Container contentPane=jf.getContentPane(); SunWukong obj1=new SunWukong(); contentPane.add(obj1); SunWukong obj2=(SunWukong)obj1.clone(); contentPane.add(obj2); jf.pack(); jf.setVisible(true); jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); } }
程序的运行结果如图 3 所示。
![孙悟空克隆器的运行结果](http://c.biancheng.net/uploads/allimg/181114/3-1Q114102002601.gif)
图3 孙悟空克隆器的运行结果
用原型模式除了可以生成相同的对象,还可以生成相似的对象,请看以下实例。
【例2】用原型模式生成“三好学生”奖状。
分析:同一学校的“三好学生”奖状除了获奖人姓名不同,其他都相同,属于相似对象的复制,同样可以用原型模式创建,然后再做简单修改就可以了。图 4 所示是三好学生奖状生成器的结构图。
![奖状生成器的结构图](http://c.biancheng.net/uploads/allimg/181114/3-1Q114101SUJ.gif)
图4 奖状生成器的结构图
程序代码如下:
public class ProtoTypeCitation { public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException { citation obj1=new citation("张三","同学:在2016学年第一学期中表现优秀,被评为三好学生。","韶关学院"); obj1.display(); citation obj2=(citation) obj1.clone(); obj2.setName("李四"); obj2.display(); } } //奖状类 class citation implements Cloneable { String name; String info; String college; citation(String name,String info,String college) { this.name=name; this.info=info; this.college=college; System.out.println("奖状创建成功!"); } void setName(String name) { this.name=name; } String getName() { return(this.name); } void display() { System.out.println(name+info+college); } public Object clone() throws CloneNotSupportedException { System.out.println("奖状拷贝成功!"); return (citation)super.clone(); } }
程序运行结果如下:
奖状创建成功! 张三同学:在2016学年第一学期中表现优秀,被评为三好学生。韶关学院 奖状拷贝成功! 李四同学:在2016学年第一学期中表现优秀,被评为三好学生。韶关学院
原型模式的应用场景
原型模式通常适用于以下场景。
- 对象之间相同或相似,即只是个别的几个属性不同的时候。
- 对象的创建过程比较麻烦,但复制比较简单的时候。
原型模式的扩展
原型模式可扩展为带原型管理器的原型模式,它在原型模式的基础上增加了一个原型管理器 PrototypeManager 类。该类用 HashMap 保存多个复制的原型,Client 类可以通过管理器的 get(String id) 方法从中获取复制的原型。其结构图如图 5 所示。
![带原型管理器的原型模式的结构图](http://c.biancheng.net/uploads/allimg/181114/3-1Q114102049214.gif)
图5 带原型管理器的原型模式的结构图
【例3】用带原型管理器的原型模式来生成包含“圆”和“正方形”等图形的原型,并计算其面积。分析:本实例中由于存在不同的图形类,例如,“圆”和“正方形”,它们计算面积的方法不一样,所以需要用一个原型管理器来管理它们,图 6 所示是其结构图。
![图形生成器的结构图](http://c.biancheng.net/uploads/allimg/181114/3-1Q11410212a20.gif)
图6 图形生成器的结构图
程序代码如下:
import java.util.*; interface Shape extends Cloneable { public Object clone(); //拷贝 public void countArea(); //计算面积 } class Circle implements Shape { public Object clone() { Circle w=null; try { w=(Circle)super.clone(); } catch(CloneNotSupportedException e) { System.out.println("拷贝圆失败!"); } return w; } public void countArea() { int r=0; System.out.print("这是一个圆,请输入圆的半径:"); Scanner input=new Scanner(System.in); r=input.nextInt(); System.out.println("该圆的面积="+3.1415*r*r+"\n"); } } class Square implements Shape { public Object clone() { Square b=null; try { b=(Square)super.clone(); } catch(CloneNotSupportedException e) { System.out.println("拷贝正方形失败!"); } return b; } public void countArea() { int a=0; System.out.print("这是一个正方形,请输入它的边长:"); Scanner input=new Scanner(System.in); a=input.nextInt(); System.out.println("该正方形的面积="+a*a+"\n"); } } class ProtoTypeManager { private HashMap<String, Shape>ht=new HashMap<String,Shape>(); public ProtoTypeManager() { ht.put("Circle",new Circle()); ht.put("Square",new Square()); } public void addshape(String key,Shape obj) { ht.put(key,obj); } public Shape getShape(String key) { Shape temp=ht.get(key); return (Shape) temp.clone(); } } public class ProtoTypeShape { public static void main(String[] args) { ProtoTypeManager pm=new ProtoTypeManager(); Shape obj1=(Circle)pm.getShape("Circle"); obj1.countArea(); Shape obj2=(Shape)pm.getShape("Square"); obj2.countArea(); } }
运行结果如下所示:
这是一个圆,请输入圆的半径:3 该圆的面积=28.2735 这是一个正方形,请输入它的边长:3 该正方形的面积=9