Android中如何实现原型模式
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一、介绍
原型模式是一个创建型的模式。原型二字表明了该模型应该有一个样板实例，用户从这个样板对象中复制出一个内部属性一致的对象，这个过程也就是我们俗称的“克隆”。被复制的实例就是我们所称的“原型”，这个原型也是可定制的。原型模型多用于创建复杂的或者构造耗时的实例，因为这种情况下，复制一个已经存在的实例可使程序运行更高效。
二、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。
三、使用场景
（1）类初始化需要消耗非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等，通过原型拷贝避免这些消耗。
（2）通过new产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，这时可以使用原型模式。
（3）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，即保护性拷贝。
需要注意的是，通过实行Cloneable接口的原型模式在调用clone函数构造实例时并不一定比通过new操作速度快，只有当通过new构造对象较为耗时或者说成本较高时，通过clone方法才能够获得效率上的提升。因此，在使用Cloneable时需要考虑构建对象的成本以及做一些效率上的测试。当然，实现原型模式也不一定非要实现Cloneable接口，也有其他的实现方式，这里将会对这些一一说明。
四、原型模型的UML类图
图中角色介绍：
Client：客户端用户。
Prototype：抽象类或者接口，声明具备clone能力。
ConcretePrototype：具体的原型类。
五、原型模式的简单实现
下面以简单的文档拷贝为例来演示一下简单的原型模式，我们在这个例子中首先创建了一个文档对象，即WordDocument，这个文档中含有文字和图片。用户经过了长时间的内容编辑后，打算对该文档做进一步的编辑，但是，这个编辑后的文档是否会被采用还不确定，因此，为了安全起见，用户需要将当前文档拷贝一份，然后再在文档副本上进行修改，这与《Effective Java》一书中提到的保护性拷贝有些类似，如此，这个原始文档就是我们上述所说的样板实例，也就是将要被“克隆”的对象，我们成为原型：
示例代码：
/**
* 文档类型，扮演的是ConcretePrototype角色，而cloneable是代表prototype角色
*/
public class WordDocument implements Cloneable {
//文本
private String mText;
//图片名列表
private ArrayList mImages = new ArrayList();
public WordDocument(){
System.out.println("-------- WordDocument构造函数 --------");
}
public String getText(){
return this.mText;
}
public void setText(String text){
this.mText = text;
}
public ArrayList getImages(){
return this.mImages;
}
public void setImages(ArrayList images){
this.mImages = images;
}
public void addImage(String img){
this.mImages.add(img);
}
/**
* 打印文档
*/
public void showDocument(){
System.out.println("-------- Word Content Start --------");
System.out.println("Text : " + this.mText);
System.out.println("Images List : ");
for(String image : mImages){
System.out.println("image name : " + image);
}
System.out.println("-------- Word Content End --------");
}
@Override
protected WordDocument clone(){
try{
WordDocument doc = (WordDocument)super.clone();
doc.mText = this.mText;
doc.mImages = this.mImages;
return doc;
}catch(Exception e){}
return null;
}
} 执行方法：
public static void main(String[] args) throws IOException {
//1.构建文档对象
WordDocument originDoc = new WordDocument();
//2.编辑文档，添加图片等
originDoc.setText("这是一篇文档");
originDoc.addImage("图片一");
originDoc.addImage("图片二");
originDoc.addImage("图片三");
originDoc.showDocument();
//以原始文档为原型，拷贝一份副本
WordDocument doc2 = originDoc.clone();
doc2.showDocument();
//修改文档副本
doc2.setText("这是修改过的Doc2文本");
doc2.addImage("这是新添加的图片");
originDoc.showDocument();
doc2.showDocument();
}执行结果：
-------- WordDocument构造函数 -------- //originDoc -------- Word Content Start -------- Text : 这是一篇文档 Images List : image name : 图片一 image name : 图片二 image name : 图片三 -------- Word Content End -------- //doc2 -------- Word Content Start -------- Text : 这是一篇文档 Images List : image name : 图片一 image name : 图片二 image name : 图片三 -------- Word Content End -------- //副本修改后originDoc -------- Word Content Start -------- Text : 这是一篇文档 Images List : image name : 图片一 image name : 图片二 image name : 图片三 image name : 这是新添加的图片 -------- Word Content End -------- //副本修改后doc2 -------- Word Content Start -------- Text : 这是修改过的Doc2文本 Images List : image name : 图片一 image name : 图片二 image name : 图片三 image name : 这是新添加的图片 -------- Word Content End --------
这里我们发现通过修改doc2后，只是影响了originDoc的mImages，而没有改变mText。
六、浅拷贝和深拷贝
上述原型模式的实现实际上只是一个浅拷贝，也称影子拷贝，这份拷贝实际上并不是将原始的文档的所有字段都重新构造了一份，而是副本文档的字段引用原始文档的字段，如下图：
细心的读者可能从上面的结果中发现，最后两个文档信息输出是一致的。我们在doc2添加了一张图片，但是，同时也显示在originDoc中，这是怎么回事呢？学习过C++的读者都会有比较深刻的体会，这是因为上文中WordDocument的clone方法中只是简单的进行了浅拷贝，引用类型的新对象doc2.mImages只是单纯的指向了this.mImages引用，并没有重新构造一个mImages对象，然后将原始文档中的图片添加到新的mImages对象中，这样就导致doc2.mImages与原始文档中的是同一个对象，因此，修改了其中一个文档中的图片，另一个文档也会受影响。那么如何解决这个问题呢？答案就是采用深拷贝，即在拷贝对象时，对于引用型的字段也要采用拷贝的形式，而不是单纯引用的形式。
clone方法修改如下(其他不变)：
@Override
protected WordDocument clone(){
try{
WordDocument doc = (WordDocument)super.clone();
doc.mText = this.mText;
//对mImages对象也调用clone()函数，进行深拷贝
doc.mImages = (ArrayList)this.mImages.clone();
return doc;
}catch(Exception e){}
return null;
} 修改后在执行上述代码的结果是：
-------- WordDocument构造函数 -------- //originDoc -------- Word Content Start -------- Text : 这是一篇文档 Images List : image name : 图片一 image name : 图片二 image name : 图片三 -------- Word Content End -------- //doc2 -------- Word Content Start -------- Text : 这是一篇文档 Images List : image name : 图片一 image name : 图片二 image name : 图片三 -------- Word Content End -------- //副本修改后originDoc -------- Word Content Start -------- Text : 这是一篇文档 Images List : image name : 图片一 image name : 图片二 image name : 图片三 -------- Word Content End -------- //副本修改后doc2 -------- Word Content Start -------- Text : 这是修改过的Doc2文本 Images List : image name : 图片一 image name : 图片二 image name : 图片三 image name : 这是新添加的图片 -------- Word Content End --------
可以看出现在互不影响，这个叫做深拷贝。
接着上面的疑问，其实String类型在浅拷贝时和引用类型一样，没有单独复制，而是引用同一地址，因为String没有实现cloneable接口，也就是说只能复制引用。（这里我们可以查看源码可以看到，而ArrayList实现了cloneable接口）但是当修改其中的一个值的时候，会新分配一块内存用来保存新的值，这个引用指向新的内存空间，原来的String因为还存在指向他的引用，所以不会被回收，这样，虽然是复制的引用，但是修改值的时候，并没有改变被复制对象的值。
所以在很多情况下，我们可以把String在clone的时候和基本类型做相同的处理，只是在equals时注意一些就行了。
原型模式是非常简单的一个模式，它的核心问题就是对原始对象进行拷贝，在这个模式的使用过程中需要注意的一点就是：深、浅拷贝的问题。在开发过程中，为了减少错误，作者建议使用该模式时尽量使用深拷贝，避免操作副本时影响原始对象的问题。
七、Android源码中的原型模式
示例代码：
Uri uri = Uri.parse("smsto:110");
Intent intent = new Intent(Intent.ACTION_SEND,uri);
intent.putExtra("sms_body", "The SMS text");
//克隆
Intent intent2 = (Intent)intent.clone();
startActivity(intent2);八、总结
原型模式本质上就是对象的拷贝，与C++中的拷贝构造函数有些类似，它们之间容易出现的问题也都是深拷贝、浅拷贝。使用原型模式可以解决构建复杂对象的资源消耗问题，能够在某些场景下提升创建对象的效率。
优点：
（1）原型模式是在内存中二进制流的拷贝，要比直接new一个对象性能好很多，特别是要在一个循环体内产生大量对象时，原型模式可能更好的体现其优点。
（2）还有一个重要的用途就是保护性拷贝，也就是对某个对象对外可能是只读的，为了防止外部对这个只读对象的修改，通常可以通过返回一个对象拷贝的形式实现只读的限制。
缺点：
（1）这既是它的优点也是缺点，直接在内存中拷贝，构造函数是不会执行的，在实际开发中应该注意这个潜在问题。优点是减少了约束，缺点也是减少了约束，需要大家在实际应用时考虑。
（2）通过实现Cloneable接口的原型模式在调用clone函数构造实例时并不一定比通过new操作速度快，只有当通过new构造对象较为耗时或者说成本较高时，通过clone方法才能够获得效率上的提升。
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