说说常常被研发忽略的原型模式
1、写在开头
创建型模式是用来创建对象的模式,抽象了实例化的过程,帮助一个系统独立于其他关联对象的创建、组合和表示方式。
原型模式目的:用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这些原型创建新的对象,进而减少在创建新对象上的性能开销。
1.1 相关文章
原型模式也是创建型的设计模式之一,本文是设计模式系列(共24节)的第 4 篇文章。
设计模式都从六大原则出发进行总结:《第一节:设计模式的六大原则》
创建型设计模式共 5 种:
工厂方法模式(Factory Pattern):在工厂方法模式中,工厂类成为了抽象类,实际的创建工作将由其具体子类来完成。
建造者模式(Builder Pattern):把构造对象实例的逻辑移到了类的内部,在类的外部定义了该类的构造逻辑,强调的是产品的构造过程。
抽象工厂模式(Abstract Factory):抽象工厂可以向客户提供一个接口,创建多个产品族中的产品对象,强调的是“对象系列”的变化。
原型模式(Prototype Pattern):原型模式和工厂模式一样,同样对客户隐藏了对象创建工作具体的实现细节,通过复制一个现有的对象生成新对象。
2、原型模式是什么
Prototype(原型模式)属于创建型模式,既不是工厂也不是直接 New,而是以拷贝的方式创建对象。
原理:Object 类的 clone() 方法是一个本地方法[参考:《JDK源码:Object类》],它可以直接操作内存中的二进制流,所以性能相对 new 实例化来说,更加优秀。(由于 Java 提供了对象拷贝的 clone() 方法,所以用 Java 实现原型模式很简单)
结构图:
Client 是发出指令的客户端,Prototype 是一个接口,描述了一个对象如何克隆自身,比如必须拥有 clone() 方法,而 ConcretePrototype 就是克隆具体的实现,不同对象有不同的实现来拷贝自身。
3、原型模式的应用
我们通过抽象类定义了三种图形形状:三角形、圆形、矩形。图形的抽象类 Shape 实现了 Cloneable 接口,并且覆盖了 clone 方法,是 Java 版本原型模式的通用做法。
举例子 1:
我们通过抽象类定义了三种图形形状:三角形、圆形、矩形。
图形的抽象类 Shape 实现了 Cloneable 接口,并且覆盖了 clone 方法,是 Java 版本原型模式的通用做法。(克隆方法并没有调用对象的构造器,而是通过内存操作,完成空间分配)
接着我们对外提供一个工厂方法类:ShapeCacheFactory,它的作用是:初始化缓存池的原型对象 & 对外提供创建新对象的工厂方法 API。
测试用例:
结果输出:
原型模式的优点
Java 自带的原型模式基于内存二进制流的复制,在性能上比直接 new 一个对象更加优良。因为相对 new 来说,clone() 少了调用构造函数。如果构造函数中存在大量属性初始化或大对象,则使用 clone() 的复制对象的方式性能会好一些。
原型模式的缺点
配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑,这对于全新的类不是很难,但对于已有的类不一定很容易,特别当一个类引用不支持串行化的间接对象,或者引用含有循环结构的时候。
必须实现 Cloneable 接口。
4、原型模式在 spring 的使用
原型模式在开源框架中的应用也非常广泛,在使用了 Spring 的 web 工程中,除非特殊情况,我们都会选择使用 Spring 的 IOC 功能来管理 Bean,而不是用到时去 new 一个。例如 Spring 中,@Service 默认都是单例的。
Spring 定义了多种作用域,可以基于这些作用域创建 bean,包括:
单例( Singleton):在整个应用中,只创建 bean 的一个实例。
原型( Prototype):每次注入或者通过 Spring 应用上下文获取的时候,都会创建一个新的 bean 实例。
因为 Spring 管理的 Bean 默认是单例的(即 Spring 创建好 Bean,需要时就拿来用,而不是每次用到时都去 new,又快性能又好),但有时候单例并不满足要求(例如出现的线程安全问题,参考《单例模式》),这时可以使用@Scope("prototype")
注解,可以通知 Spring 把被注解的 Bean 变成多例。(篇幅所限,后续讲解 spring 源码时再一起详细探讨)
5、总结
本节主要讲解了原型模式的实现方法和优缺点,另外补充了 spring 源码使用到的原型模式案例:@Scope("prototype")。一般开发中,我们遇到需要大量复制同一对象的场景,使用原型模式都是不错的选择,且效率好。
另外,创建型设计模式还包括:抽象工厂模式和建造者模式,待后续我们再细细解读。
6、延伸阅读
《源码系列》
《经典书籍》
《Java并发编程实战:第2章 影响线程安全性的原子性和加锁机制》
《Java并发编程实战:第3章 助于线程安全的三剑客:final & volatile & 线程封闭》
《服务端技术栈》
《算法系列》
《设计模式》
版权声明: 本文为 InfoQ 作者【后台技术汇】的原创文章。
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/aee0fe3ffb859426aab099775】。文章转载请联系作者。
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