设计模式五-----原型模式

╰半夏微凉° 2023-06-11 11:28 13阅读 0赞

# 设计模式五-----原型模式 #

原型模式的构造过程就是选择一个对象(被称为原型对象或者“样本”)，通过调用它的“克隆”方法就获得和它一样的对象。一般，我们称这个克隆出的结果为“副本”。

TIPs:	在CLR底层，克隆本身又是一个ByDesign的内置机制。
    	CLR:公共语言运行库 (common language runtime,CLR) 是托管代码执行核心中的引擎。运行库为托管代码提供各种服务，如跨语言集成、代码访问安全性、对象生存期管理、调试和分析支持。它是整个.NET框架的核心，它为.NET应用程序提供了一个托管的代码执行环境。它实际上是驻留在内存里的一段代理代码，负责应用程序在整个执行期间的代码管理工作。
    	ByDesign：SAP第一个完全基于以服务导向架构平台（SOA）设计并开发的企业资源管理解决方案，其工作中心覆盖从前台到后台的各项应用，全面支持中型企业可能涉及的所有业务需求。

如果对象类型变化的相对频繁，“没完没了”地为它们创建各种工厂是不值得的。另外，有时我们需要构造的不是只有初始状态的类型实例，而是需要构造与某个对象“当时”状态一样的实例。在这种情况下，前几个创建型模式就无能为力。因此，类似于我们在单件模式中吧対实例数量的控制放在Singleton内部一样，这里也把new()的工作放到每个具体类型内部。不过区别于前面说的一般性的“构造”，这里称之为“克隆”。

经典原型模式就是采用这个想法：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象。

一个复杂的对象可以提供Clone()方法克隆整个对象，也可以同时提供ClonePartA()、ClonePartB()等方法克隆出局部对象，甚至可以克隆出相对独立的其他类型。

## 一、克隆模式适用场景 ##

1、如果需要的类型不是编译状态就已经确定的，而是运行过程中动态选择的，为了不引入其他对象(Factory、Builder)就可以继续创造出新的对象，最简单的方法就是采用“克隆”。

2、如果需要的不是某个“初始状态”的对象，而是“恰巧”某个状态的对象。

3、不希望“没完没了”地创建工厂类型

4、在一些其他语境下，如，类型本身可枚举的实例非常固定。如红绿灯，很多时候该类型只有3个实例，当再次需要构造“红灯”状态时，与其通过某种机制new()，还不如通过一个现成的"红灯"克隆一个出来。

经典原型模式静态图，如下

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTI5OTIx_size_16_color_FFFFFF_t_70]

IPrototype定义了符合原型模式要求的类型特性(Clone方法/ClonePartA/ClonePartB)。客户程序依赖的仅仅是IPrototype，而且通过Clone()方法获取的也是IPrototype，因此满足”依赖倒置“的要求。

依赖倒置原则（Dependence Inversion Principle）是程序要依赖于抽象接口，不要依赖于具体实现。简单的说就是要求对抽象进行编程，不要对实现进行编程，这样就降低了客户与实现模块间的耦合。

## 二、克隆的特点 ##

克隆的副本不仅具有与样本一样的类型，而且状态也一致。

样本与副本是两个独立的实例，除非某些状态有意设置为共享或全局，否则在克隆结束时，两者可以相互独立的变化。

## 三、克隆机制 ##

### 1.浅表复制 ###

MemberwiseClone()方法执行的是**浅表复制**/浅复制/映像复制。该方法创建一个新的对象，然后将当前对象的非静态字段复制到新对象。如果字段是值类型的，则对该字段执行逐位复制；如果字段是引用类型的，则复制引用但不复制引用的对象(也就是仅保存一个指针)。因此，样本及其副本中引用型成员指向的是同一个对象。

复制的过程是可期的，即，一个实例哪些内容可以复制是可预料的，实现上等于将“栈”内的逐位复制到一块新的空间即可，而对于那些“堆”中的内容，就先不列入考虑。

栈内存:栈内存首先是一片内存区域，存储的都是局部变量，凡是定义在方法中的都是局部变量（方法外的是全局变量），for循环内部定义的也是局部变量，是先加载函数才能进行局部变量的定义，所以方法先进栈，然后再定义变量，变量有自己的作用域，一旦离开作用域，变量就会被释放。栈内存的更新速度很快，因为局部变量的生命周期都很短。
    	堆内存:存储的是数组和对象（其实数组就是对象），凡是new建立的都是在堆中，堆中存放的都是实体（对象），实体用于封装数据，而且是封装多个（实体的多个属性），如果一个数据消失，这个实体也没有消失，还可以用，所以堆是不会随时释放的，但是栈不一样，栈里存放的都是单个变量，变量被释放了，那就没有了。堆里的实体虽然不会被释放，但是会被当成垃圾，Java有垃圾回收机制不定时的收取。
    
    堆和栈的对比分析
    　1、堆栈空间分配
    　　栈（操作系统）：由操作系统自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
    　　堆（操作系统）：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收，分配方式类似于链表。
    　2、堆栈缓存方式
    　　栈使用的是一级缓存，他们通常都是被调用时处于存储空间中，调用完毕立即释放。
    　　堆则是存放在二级缓存中，生命周期由虚拟机的垃圾回收算法来决定（并不是一旦成为孤儿对象就能被回收）。所以调用这些对象的速度要相对来得低一些。
    　3、堆栈数据结构区别
    　　堆（数据结构）：堆可以被看成是一棵树，如：堆排序。
    　　栈（数据结构）：一种先进后出的数据结构。

### 2.深层复制 ###

为了满足某些复杂场景的需要。

深层复制针对那些引用类型另外开辟的一块内存，把引用目标地址的内容逐个位地复制一份。

比较难以实现，因为很多情况下对象内部的成员也是引用类型，而且很可能会多层次嵌套下去。

#### 适用场景—看类图/E-R图 ####

1.如果设计的足够详细，那么Association、Dependency、Composition、Aggregatation都需要引起注意，因为他们一般都是引用关系，如果进行深层复制就需要定制。

2.结合数据库的ORM结果，如果E-R关系中存在挖减，那么一般映射为对象也有引用关系，一般深层复制需要定制。

3.基于纯XML数据环境开发。由于XML本身就是层级结构的，所以，当用XML数据来表示具有引用关系的对象时，深层复制反而不需要定制，因为它本身就是一个文本，可以直接用字符串操作。

#### 实现深层复制的方法 ####

1.手工逐层完成。例如，遇到引用类型，就在新对象中重新new()一个，但要确保这个new()出来的实例是一个新的独立实例。

2.序列化。给目标类型贴标签，编译器会沿着引用和继承关系检查，一查到底。对于复制过程复杂的情况就需要自定义序列化的过程了。

自定义方法需要结合实际，有时仅是简单的制作实现克隆的工具类型即可，有时需要使用粗细粒度复制。

## 四、小结 ##

原型模式是创建型模式中比较强调个体特征的模式，它同样适用于具体类型快速变化的环境，只不过它没有独立出一个工厂类型，而是通过自我复制(克隆)过程实现新实例创建的。

项目中，使用原型模式的关键不在于定义一个IPrototype接口，而在于如何又好又快地完成克隆的过程。

，而是通过自我复制(克隆)过程实现新实例创建的。

项目中，使用原型模式的关键不在于定义一个IPrototype接口，而在于如何又好又快地完成克隆的过程。

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