Android中如何實現(xiàn)原型模式

這篇文章將為大家詳細講解有關(guān)Android中如何實現(xiàn)原型模式，文章內(nèi)容質(zhì)量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關(guān)知識有一定的了解。

一、介紹

原型模式是一個創(chuàng)建型的模式。原型二字表明了該模型應(yīng)該有一個樣板實例，用戶從這個樣板對象中復(fù)制出一個內(nèi)部屬性一致的對象，這個過程也就是我們俗稱的“克隆”。被復(fù)制的實例就是我們所稱的“原型”，這個原型也是可定制的。原型模型多用于創(chuàng)建復(fù)雜的或者構(gòu)造耗時的實例，因為這種情況下，復(fù)制一個已經(jīng)存在的實例可使程序運行更高效。

二、定義

用原型實例指定創(chuàng)建對象的種類，并通過拷貝這些原型創(chuàng)建新的對象。

三、使用場景

（1）類初始化需要消耗非常多的資源，這個資源包括數(shù)據(jù)、硬件資源等，通過原型拷貝避免這些消耗。

（2）通過new產(chǎn)生一個對象需要非常繁瑣的數(shù)據(jù)準備或訪問權(quán)限，這時可以使用原型模式。

（3）一個對象需要提供給其他對象訪問，而且各個調(diào)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(diào)用者使用，即保護性拷貝。

需要注意的是，通過實行Cloneable接口的原型模式在調(diào)用clone函數(shù)構(gòu)造實例時并不一定比通過new操作速度快，只有當(dāng)通過new構(gòu)造對象較為耗時或者說成本較高時，通過clone方法才能夠獲得效率上的提升。因此，在使用Cloneable時需要考慮構(gòu)建對象的成本以及做一些效率上的測試。當(dāng)然，實現(xiàn)原型模式也不一定非要實現(xiàn)Cloneable接口，也有其他的實現(xiàn)方式，這里將會對這些一一說明。

四、原型模型的UML類圖

圖中角色介紹：

Client：客戶端用戶。

Prototype：抽象類或者接口，聲明具備clone能力。

ConcretePrototype：具體的原型類。

五、原型模式的簡單實現(xiàn)

下面以簡單的文檔拷貝為例來演示一下簡單的原型模式，我們在這個例子中首先創(chuàng)建了一個文檔對象，即WordDocument，這個文檔中含有文字和圖片。用戶經(jīng)過了長時間的內(nèi)容編輯后，打算對該文檔做進一步的編輯，但是，這個編輯后的文檔是否會被采用還不確定，因此，為了安全起見，用戶需要將當(dāng)前文檔拷貝一份，然后再在文檔副本上進行修改，這與《Effective Java》一書中提到的保護性拷貝有些類似，如此，這個原始文檔就是我們上述所說的樣板實例，也就是將要被“克隆”的對象，我們成為原型：

示例代碼：

/**
 * 文檔類型，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;
 //圖片名列表
 private ArrayList<String> mImages = new ArrayList<String>();
 public WordDocument(){
  System.out.println("-------- WordDocument構(gòu)造函數(shù) --------");
 }
 public String getText(){
  return this.mText;
 }
 public void setText(String text){
  this.mText = text;
 }
 public ArrayList<String> getImages(){
  return this.mImages;
 }
 public void setImages(ArrayList<String> images){
  this.mImages = images;
 }
 public void addImage(String img){
  this.mImages.add(img);
 }
 /**
  * 打印文檔
  */
 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;
 }
}

執(zhí)行方法：

public static void main(String[] args) throws IOException {
  //1.構(gòu)建文檔對象
  WordDocument originDoc = new WordDocument();
  //2.編輯文檔，添加圖片等
  originDoc.setText("這是一篇文檔");
  originDoc.addImage("圖片一");
  originDoc.addImage("圖片二");
  originDoc.addImage("圖片三");
  originDoc.showDocument();
  //以原始文檔為原型，拷貝一份副本
  WordDocument doc2 = originDoc.clone();
  doc2.showDocument();
  //修改文檔副本
  doc2.setText("這是修改過的Doc2文本");
  doc2.addImage("這是新添加的圖片");
  originDoc.showDocument();
  doc2.showDocument();
}

執(zhí)行結(jié)果：

-------- WordDocument構(gòu)造函數(shù) --------
//originDoc
-------- Word Content Start --------
Text : 這是一篇文檔
Images List :
image name : 圖片一
image name : 圖片二
image name : 圖片三
-------- Word Content End --------

//doc2
-------- Word Content Start --------
Text : 這是一篇文檔
Images List :
image name : 圖片一
image name : 圖片二
image name : 圖片三
-------- Word Content End --------

//副本修改后originDoc
-------- Word Content Start --------
Text : 這是一篇文檔
Images List :
image name : 圖片一
image name : 圖片二
image name : 圖片三
image name : 這是新添加的圖片
-------- Word Content End --------

//副本修改后doc2
-------- Word Content Start --------
Text : 這是修改過的Doc2文本
Images List :
image name : 圖片一
image name : 圖片二
image name : 圖片三
image name : 這是新添加的圖片
-------- Word Content End --------

這里我們發(fā)現(xiàn)通過修改doc2后，只是影響了originDoc的mImages，而沒有改變mText。

六、淺拷貝和深拷貝

上述原型模式的實現(xiàn)實際上只是一個淺拷貝，也稱影子拷貝，這份拷貝實際上并不是將原始的文檔的所有字段都重新構(gòu)造了一份，而是副本文檔的字段引用原始文檔的字段，如下圖：

細心的讀者可能從上面的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，最后兩個文檔信息輸出是一致的。我們在doc2添加了一張圖片，但是，同時也顯示在originDoc中，這是怎么回事呢？學(xué)習(xí)過C++的讀者都會有比較深刻的體會，這是因為上文中WordDocument的clone方法中只是簡單的進行了淺拷貝，引用類型的新對象doc2.mImages只是單純的指向了this.mImages引用，并沒有重新構(gòu)造一個mImages對象，然后將原始文檔中的圖片添加到新的mImages對象中，這樣就導(dǎo)致doc2.mImages與原始文檔中的是同一個對象，因此，修改了其中一個文檔中的圖片，另一個文檔也會受影響。那么如何解決這個問題呢？答案就是采用深拷貝，即在拷貝對象時，對于引用型的字段也要采用拷貝的形式，而不是單純引用的形式。

clone方法修改如下(其他不變)：

@Override
protected WordDocument clone(){
  try{
   WordDocument doc = (WordDocument)super.clone();
   doc.mText = this.mText;
   //對mImages對象也調(diào)用clone()函數(shù)，進行深拷貝
   doc.mImages = (ArrayList<String>)this.mImages.clone();
   return doc;
  }catch(Exception e){}
  return null;
}

修改后在執(zhí)行上述代碼的結(jié)果是：

-------- WordDocument構(gòu)造函數(shù) --------
//originDoc
-------- Word Content Start --------
Text : 這是一篇文檔
Images List :
image name : 圖片一
image name : 圖片二
image name : 圖片三
-------- Word Content End --------

//doc2
-------- Word Content Start --------
Text : 這是一篇文檔
Images List :
image name : 圖片一
image name : 圖片二
image name : 圖片三
-------- Word Content End --------

//副本修改后originDoc
-------- Word Content Start --------
Text : 這是一篇文檔
Images List :
image name : 圖片一
image name : 圖片二
image name : 圖片三
-------- Word Content End --------

//副本修改后doc2
-------- Word Content Start --------
Text : 這是修改過的Doc2文本
Images List :
image name : 圖片一
image name : 圖片二
image name : 圖片三
image name : 這是新添加的圖片
-------- Word Content End --------

可以看出現(xiàn)在互不影響，這個叫做深拷貝。

接著上面的疑問，其實String類型在淺拷貝時和引用類型一樣，沒有單獨復(fù)制，而是引用同一地址，因為String沒有實現(xiàn)cloneable接口，也就是說只能復(fù)制引用。（這里我們可以查看源碼可以看到，而ArrayList實現(xiàn)了cloneable接口）但是當(dāng)修改其中的一個值的時候，會新分配一塊內(nèi)存用來保存新的值，這個引用指向新的內(nèi)存空間，原來的String因為還存在指向他的引用，所以不會被回收，這樣，雖然是復(fù)制的引用，但是修改值的時候，并沒有改變被復(fù)制對象的值。

所以在很多情況下，我們可以把String在clone的時候和基本類型做相同的處理，只是在equals時注意一些就行了。

原型模式是非常簡單的一個模式，它的核心問題就是對原始對象進行拷貝，在這個模式的使用過程中需要注意的一點就是：深、淺拷貝的問題。在開發(fā)過程中，為了減少錯誤，作者建議使用該模式時盡量使用深拷貝，避免操作副本時影響原始對象的問題。

七、Android源碼中的原型模式

示例代碼：

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、總結(jié)

原型模式本質(zhì)上就是對象的拷貝，與C++中的拷貝構(gòu)造函數(shù)有些類似，它們之間容易出現(xiàn)的問題也都是深拷貝、淺拷貝。使用原型模式可以解決構(gòu)建復(fù)雜對象的資源消耗問題，能夠在某些場景下提升創(chuàng)建對象的效率。

優(yōu)點：

（1）原型模式是在內(nèi)存中二進制流的拷貝，要比直接new一個對象性能好很多，特別是要在一個循環(huán)體內(nèi)產(chǎn)生大量對象時，原型模式可能更好的體現(xiàn)其優(yōu)點。

（2）還有一個重要的用途就是保護性拷貝，也就是對某個對象對外可能是只讀的，為了防止外部對這個只讀對象的修改，通?？梢酝ㄟ^返回一個對象拷貝的形式實現(xiàn)只讀的限制。

缺點：

（1）這既是它的優(yōu)點也是缺點，直接在內(nèi)存中拷貝，構(gòu)造函數(shù)是不會執(zhí)行的，在實際開發(fā)中應(yīng)該注意這個潛在問題。優(yōu)點是減少了約束，缺點也是減少了約束，需要大家在實際應(yīng)用時考慮。

（2）通過實現(xiàn)Cloneable接口的原型模式在調(diào)用clone函數(shù)構(gòu)造實例時并不一定比通過new操作速度快，只有當(dāng)通過new構(gòu)造對象較為耗時或者說成本較高時，通過clone方法才能夠獲得效率上的提升。

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