23中设计模式之_原型模式(深/浅拷贝)
2017-03-14 17:51
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前言
原型模式其实java Object中已经提供了一个Clone( )方法,平时很少用到,最近读Retrofit源码时候看到有这种使用方式。
定义
原型模式就是在系统clone()标记的基础上,对Clone()进行复写,不同的操作可以产生两种拷贝模式。
UML类图
源码分析
今天我们来讲原型模式,这个模式的简单程度是仅次于单例模式和迭代器模式,非常简单,但是要使
用好这个模式还有很多注意事项。我们通过一个例子来解释一下什么是原型模式。
现在电子账单越来越流行了,比如你的信用卡,到月初的时候银行就会发一份电子邮件到你邮箱中,
说你这个月消费了多少,什么时候消费的,积分是多少等等,这个是每个月发一次,但是还有一种也是银
行发的邮件你肯定有印象:广告信,现在各大银行的信用卡部门都在拉拢客户,电子邮件是一种廉价、快
捷的通讯方式,你用纸质的广告信那个费用多高呀,比如我今天推出一个信用卡刷卡抽奖活动,通过电子
账单系统可以一个晚上发送给 600 万客户,为什么要用电子账单系统呢?直接找个发垃圾邮件不就解决问
题了吗?是个好主意,但是这个方案在金融行业是行不通的,银行发这种邮件是有要求的,一是一般银行
都要求个性化服务,发过去的邮件上总有一些个人信息吧,比如“XX 先生”,“XX 女士”等等,二是邮件的
到达率有一定的要求,由于大批量的发送邮件会被接收方邮件服务器误认是垃圾邮件,因此在邮件头要增
加一些伪造数据,以规避被反垃圾邮件引擎误认为是垃圾邮件;从这两方面考虑广告信的发送也是电子账单系统(电子账单系统一般包括:账单分析、账单生成器、广告信管理、发送队列管理、发送机、退信处
理、报表管理等)的一个子功能,我们今天就来考虑一下广告信这个模块是怎么开发的。那既然是广告信,
肯定需要一个模版,然后再从数据库中把客户的信息一个一个的取出,放到模版中生成一份完整的邮件,
然后扔给发送机进行发送处理,我们来看类图:
在类图中 MailTem是广告信的模板,一般都是从数据库取出,生成一个 BO 或者是 DTO,我们这里
使用一个静态的值来做代表;Mail 类是一封邮件类,发送机发送的就是这个类,我们先来看看我们的程序:
贴代码:
Mail 就是一个业务对象,我们再来看业务场景类是怎么调用的:
Mail
MailTemp
运行结果:
标题: OcqZc 先生(女士) 收件人hGWha@mrLNHzTc.com ….发送成功!
标题: qunOc 先生(女士) 收件人sTHJh@daeOfcUJ.com ….发送成功!
标题: arBDA 先生(女士) 收件人vNSfk@VTaJkkqf.com ….发送成功!
标题: VgaMg 先生(女士) 收件人kkvwh@XXDdfjiy.com ….发送成功!
标题: TxuHD 先生(女士) 收件人gUkZV@hpGzjhbk.com ….发送成功!
由于是随机数,每次运行都由所差异,不管怎么样,我们这个电子账单发送程序时写出来了,也能发
送出来了,我们再来仔细的想想,这个程序是否有问题?你看,你这是一个线程在运行,也就是你发送是
单线程的, 那按照一封邮件发出去需要 0.02 秒 (够小了,你还要到数据库中取数据呢), 600 万封邮件需要…
我算算(掰指头计算中…),恩,是 33 个小时,也就是一个整天都发送不完毕,今天发送不完毕,明天的
账单又产生了,积累积累,激起甲方人员一堆抱怨,那怎么办?
好办,把 sendMail 修改为多线程,但是你只把 sendMail 修改为多线程还是有问题的呀,你看哦,产
生第一封邮件对象,放到线程 1 中运行,还没有发送出去;线程 2 呢也也启动了,直接就把邮件对象 mail的收件人地址和称谓修改掉了,线程不安全了,好了,说到这里,你会说这有 N 多种解决办法,我们不多
说,我们今天就说一种,使用原型模式来解决这个问题,使用对象的拷贝功能来解决这个问题,类图稍作
修改,如下图:
这里贴出来修改的地方
在Mail中实现
Client调用的地方
运行结果不变,一样完成了电子广告信的发送功能,而且 sendMail 即使是多线程也没有关系,看到mail.clone()这个方法了吗?把对象拷贝一份,产生一个新的对象,和原有对象一样,然后再修改细节的数据,如设置称谓,设置收件人地址等等。这种不通过 new 关键字来产生一个对象,而是通过对象拷贝来实现的模式就叫做原型模式,这个模式的核心是一个clone( )方法,通过这个方法进行对象的拷贝,Java 提供了一个 Cloneable 接口
来标示这个对象是可拷贝的,为什么说是“标示”呢?翻开 JDK 的帮助看看 Cloneable 是一个方法都没有
的,这个接口只是一个标记作用,在 JVM 中具有这个标记的对象才有可能被拷贝,那怎么才能从“有可能被拷贝”转换为“可以被拷贝”呢?方法是覆盖clone()方法,是的,你没有看错是重写 clone()方法,看看我们上面 Mail 类:
在 clone()方法上增加了一个注解@Override, 没有继承一个类为什么可以重写呢?在 Java 中所有类的
老祖宗是谁?对嘛,Object 类,每个类默认都是继承了这个类,所以这个用上@Override是非常正确的。原型模式虽然很简单,但是在 Java 中使用原型模式也就是 clone 方法还是有一些注意事项的,我们通过几个例子一个一个解说(如果你对 Java 不是很感冒的话,可以跳开以下部分)。
对象拷贝时,类的构造函数是不会被执行的。 一个实现了 Cloneable 并重写了 clone 方法的类 A,有一个无参构造或有参构造 B,通过 new 关键字产生了一个对象 S,再然后通过 S.clone()方式产生了一个新的
对象 T,那么在对象拷贝时构造函数 B 是不会被执行的,
对象拷贝时确实构造函数没有被执行,这个从原理来讲也是可以讲得通的,Object 类的 clone 方法的
原理是从内存中(具体的说就是堆内存)以二进制流的方式进行拷贝,重新分配一个内存块,那构造函数
没有被执行也是非常正常的了。
浅拷贝和深拷贝问题。 再解释什么是浅拷贝什么是深拷贝前,我们先来看个例子:
调用
大家猜想一下运行结果应该是什么?是就一个“张三”吗?运行结果如下:
[张三, 李四]
怎么会有李四呢?是因为 Java 做了一个偷懒的拷贝动作,Object 类提供的方法 clone 只是拷贝本对象,
其对象内部的数组、引用对象等都不拷贝,还是指向原生对象的内部元素地址,这种拷贝就叫做浅拷贝,
确实是非常浅,两个对象共享了一个私有变量,你改我改大家都能改,是一个种非常不安全的方式,在实
际项目中使用还是比较少的。你可能会比较奇怪,为什么在 Mail 那个类中就可以使用使用 String 类型,
而不会产生由浅拷贝带来的问题呢?内部的数组和引用对象才不拷贝,其他的原始类型比如int,long,String(Java 就希望你把 String 认为是基本类型,String 是没有 clone 方法的)等都会被拷贝的。
浅拷贝是有风险的,那怎么才能深入的拷贝呢?我们修改一下我们的程序
结果就是
[张三]
深拷贝,两种对象互为独立,属于单独对象
Eg:final 类型修饰的成员变量不能进行深拷贝
原型模式适合在什么场景使用?一是类初始化需要消化非常多的资源,这个资源包括数据、硬件资源等;二是通过 new 产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限,则可以使用原型模式;三是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。在实际项目中,原型模式很少单独出现,一般是和工厂方法模式一起出现,通过 clone的方法创建一个对象,然后由工厂方法提供给调用者。原型模式先产生出一个包含大量共有信息的类,然后可以拷贝出副本,修正细节信息,建立了一个完整的个性对象。
原型模式其实java Object中已经提供了一个Clone( )方法,平时很少用到,最近读Retrofit源码时候看到有这种使用方式。
定义
原型模式就是在系统clone()标记的基础上,对Clone()进行复写,不同的操作可以产生两种拷贝模式。
UML类图
源码分析
今天我们来讲原型模式,这个模式的简单程度是仅次于单例模式和迭代器模式,非常简单,但是要使
用好这个模式还有很多注意事项。我们通过一个例子来解释一下什么是原型模式。
现在电子账单越来越流行了,比如你的信用卡,到月初的时候银行就会发一份电子邮件到你邮箱中,
说你这个月消费了多少,什么时候消费的,积分是多少等等,这个是每个月发一次,但是还有一种也是银
行发的邮件你肯定有印象:广告信,现在各大银行的信用卡部门都在拉拢客户,电子邮件是一种廉价、快
捷的通讯方式,你用纸质的广告信那个费用多高呀,比如我今天推出一个信用卡刷卡抽奖活动,通过电子
账单系统可以一个晚上发送给 600 万客户,为什么要用电子账单系统呢?直接找个发垃圾邮件不就解决问
题了吗?是个好主意,但是这个方案在金融行业是行不通的,银行发这种邮件是有要求的,一是一般银行
都要求个性化服务,发过去的邮件上总有一些个人信息吧,比如“XX 先生”,“XX 女士”等等,二是邮件的
到达率有一定的要求,由于大批量的发送邮件会被接收方邮件服务器误认是垃圾邮件,因此在邮件头要增
加一些伪造数据,以规避被反垃圾邮件引擎误认为是垃圾邮件;从这两方面考虑广告信的发送也是电子账单系统(电子账单系统一般包括:账单分析、账单生成器、广告信管理、发送队列管理、发送机、退信处
理、报表管理等)的一个子功能,我们今天就来考虑一下广告信这个模块是怎么开发的。那既然是广告信,
肯定需要一个模版,然后再从数据库中把客户的信息一个一个的取出,放到模版中生成一份完整的邮件,
然后扔给发送机进行发送处理,我们来看类图:
在类图中 MailTem是广告信的模板,一般都是从数据库取出,生成一个 BO 或者是 DTO,我们这里
使用一个静态的值来做代表;Mail 类是一封邮件类,发送机发送的就是这个类,我们先来看看我们的程序:
贴代码:
Mail 就是一个业务对象,我们再来看业务场景类是怎么调用的:
package com.weichao.prototy; import java.util.Random; /** * 原型模式 银行电子广告 * * @author weichyang * * 1.有什么弊端 2.单线程,发送 600万封需要多长时间 3.改用多线程 * */ public class CopyOfClient { public static int MAX_COUNT = 5; public static void main(String[] args) { /* 发送邮件 */ final Mail mail = new Mail(new MailTemp()); mail.setTail("xxx银行的所有版权"); for (int i = 0; i < MAX_COUNT; i++) { mail.setSub(getRandString(5) + " 先生(女士) "); mail.setReceiver(getRandString(5) + "@" + getRandString(8) + ".com"); sendMail(mail); } } public static void sendMail(Mail mail) { System.out.println("标题: " + mail.getSub() + "\t收件人" + mail.getReceiver() + "\t....发送成功! "); } public static String getRandString(int maxLength) { String source = "abcdefghijklmnopqrskuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"; StringBuffer sb = new StringBuffer(); Random rand = new Random(); for (int i = 0; i < maxLength; i++) { sb.append(source.charAt(rand.nextInt(source.length()))); } return sb.toString(); } }
package com.weichao.prototy; public class Mail implements { public String receiver;// 接收者 public String tail;// 结尾备注 private String context; // 内容 private String sub; // 标题 public Mail(MailTemp mTemp) { this.context = mTemp.getMainContentString(); this.sub = mTemp.getSubString(); } public String getReceiver() { return receiver; } public void setReceiver(String receiver) { this.receiver = receiver; } public String getTail() { return tail; } public void setTail(String tail) { this.tail = tail; } public String getContext() { return context; } public void setContext(String context) { this.context = context; } public String getSub() { return sub; } public void setSub(String sub) { this.sub = sub; } }
MailTemp
package com.weichao.prototy; public class MailTemp { public String subString;// 标题 public String mainContentString; // 广告内容 public String getSubString() { return "xxxxxxxxxxxxx账单"; } public String getMainContentString() { return "xxx" + "(先生/女士)"; } }
运行结果:
标题: OcqZc 先生(女士) 收件人hGWha@mrLNHzTc.com ….发送成功!
标题: qunOc 先生(女士) 收件人sTHJh@daeOfcUJ.com ….发送成功!
标题: arBDA 先生(女士) 收件人vNSfk@VTaJkkqf.com ….发送成功!
标题: VgaMg 先生(女士) 收件人kkvwh@XXDdfjiy.com ….发送成功!
标题: TxuHD 先生(女士) 收件人gUkZV@hpGzjhbk.com ….发送成功!
由于是随机数,每次运行都由所差异,不管怎么样,我们这个电子账单发送程序时写出来了,也能发
送出来了,我们再来仔细的想想,这个程序是否有问题?你看,你这是一个线程在运行,也就是你发送是
单线程的, 那按照一封邮件发出去需要 0.02 秒 (够小了,你还要到数据库中取数据呢), 600 万封邮件需要…
我算算(掰指头计算中…),恩,是 33 个小时,也就是一个整天都发送不完毕,今天发送不完毕,明天的
账单又产生了,积累积累,激起甲方人员一堆抱怨,那怎么办?
好办,把 sendMail 修改为多线程,但是你只把 sendMail 修改为多线程还是有问题的呀,你看哦,产
生第一封邮件对象,放到线程 1 中运行,还没有发送出去;线程 2 呢也也启动了,直接就把邮件对象 mail的收件人地址和称谓修改掉了,线程不安全了,好了,说到这里,你会说这有 N 多种解决办法,我们不多
说,我们今天就说一种,使用原型模式来解决这个问题,使用对象的拷贝功能来解决这个问题,类图稍作
修改,如下图:
这里贴出来修改的地方
在Mail中实现
public class Mail implements Cloneable { ... ... ... // 进行浅拷贝 @Override protected Mail clone() throws CloneNotSupportedException { Mail mail = (Mail) super.clone(); return mail; } }
Client调用的地方
public class Client { public static int MAX_COUNT = 5; public static void main(String[] args) { /* 发送邮件 */ final Mail mail = new Mail(new MailTemp()); mail.setTail("xxx银行的所有版权"); for (int i = 0; i < MAX_COUNT; i++) { Mail cloneMail; try { cloneMail = mail.clone(); cloneMail.setSub(getRandString(5) + " 先生(女士) "); cloneMail.setReceiver(getRandString(5) + "@" + getRandString(8) + ".com"); sendMail(cloneMail); } catch (CloneNotSupportedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } } } }
运行结果不变,一样完成了电子广告信的发送功能,而且 sendMail 即使是多线程也没有关系,看到mail.clone()这个方法了吗?把对象拷贝一份,产生一个新的对象,和原有对象一样,然后再修改细节的数据,如设置称谓,设置收件人地址等等。这种不通过 new 关键字来产生一个对象,而是通过对象拷贝来实现的模式就叫做原型模式,这个模式的核心是一个clone( )方法,通过这个方法进行对象的拷贝,Java 提供了一个 Cloneable 接口
来标示这个对象是可拷贝的,为什么说是“标示”呢?翻开 JDK 的帮助看看 Cloneable 是一个方法都没有
的,这个接口只是一个标记作用,在 JVM 中具有这个标记的对象才有可能被拷贝,那怎么才能从“有可能被拷贝”转换为“可以被拷贝”呢?方法是覆盖clone()方法,是的,你没有看错是重写 clone()方法,看看我们上面 Mail 类:
@Override public Mail clone(){}
在 clone()方法上增加了一个注解@Override, 没有继承一个类为什么可以重写呢?在 Java 中所有类的
老祖宗是谁?对嘛,Object 类,每个类默认都是继承了这个类,所以这个用上@Override是非常正确的。原型模式虽然很简单,但是在 Java 中使用原型模式也就是 clone 方法还是有一些注意事项的,我们通过几个例子一个一个解说(如果你对 Java 不是很感冒的话,可以跳开以下部分)。
对象拷贝时,类的构造函数是不会被执行的。 一个实现了 Cloneable 并重写了 clone 方法的类 A,有一个无参构造或有参构造 B,通过 new 关键字产生了一个对象 S,再然后通过 S.clone()方式产生了一个新的
对象 T,那么在对象拷贝时构造函数 B 是不会被执行的,
对象拷贝时确实构造函数没有被执行,这个从原理来讲也是可以讲得通的,Object 类的 clone 方法的
原理是从内存中(具体的说就是堆内存)以二进制流的方式进行拷贝,重新分配一个内存块,那构造函数
没有被执行也是非常正常的了。
浅拷贝和深拷贝问题。 再解释什么是浅拷贝什么是深拷贝前,我们先来看个例子:
package ShallowCopy; import java.util.ArrayList; /** * 1.浅拷贝拷贝外层对象,对象里面的引用对象不进行拷贝。 * 2.深拷贝需要进行内部的拷贝(人为进行拷贝)。 * @author weichyang * */ public class ShallowOne implements Cloneable { public ArrayList<String> getShallowCopyArrayList() { return shallowCopyArrayList; } public void setShallowCopyArrayList(ArrayList<String> shallowCopyArrayList) { this.shallowCopyArrayList = shallowCopyArrayList; } ArrayList<String> shallowCopyArrayList = new ArrayList<String>(); @SuppressWarnings("unchecked") @Override protected ShallowOne clone() throws CloneNotSupportedException { //只是clone()属于浅拷贝 ShallowOne shallowOne = (ShallowOne) super.clone(); return shallowOne; } }
调用
package ShallowCopy; import java.util.ArrayList; /** * 拷贝 原来 list 进行操作,原来的list中元素同样会增加 1.前拷贝 只拷贝基础数据类型 2.深拷贝,拷贝所有,需要手动进行操作 * * @author weichyang * */ public class Client { public static void main(String[] args) { ShallowOne shallowOne = new ShallowOne(); ArrayList<String> strings = shallowOne.getShallowCopyArrayList(); strings.add("张三"); ArrayList<String> cloneObject = (ArrayList<String>) strings.clone(); cloneObject.add("李四"); System.out.println(strings.toString()); } }
大家猜想一下运行结果应该是什么?是就一个“张三”吗?运行结果如下:
[张三, 李四]
怎么会有李四呢?是因为 Java 做了一个偷懒的拷贝动作,Object 类提供的方法 clone 只是拷贝本对象,
其对象内部的数组、引用对象等都不拷贝,还是指向原生对象的内部元素地址,这种拷贝就叫做浅拷贝,
确实是非常浅,两个对象共享了一个私有变量,你改我改大家都能改,是一个种非常不安全的方式,在实
际项目中使用还是比较少的。你可能会比较奇怪,为什么在 Mail 那个类中就可以使用使用 String 类型,
而不会产生由浅拷贝带来的问题呢?内部的数组和引用对象才不拷贝,其他的原始类型比如int,long,String(Java 就希望你把 String 认为是基本类型,String 是没有 clone 方法的)等都会被拷贝的。
浅拷贝是有风险的,那怎么才能深入的拷贝呢?我们修改一下我们的程序
public class ShallowOne implements Cloneable { protected ShallowOne clone() throws CloneNotSupportedException { //只是clone()属于浅拷贝 ShallowOne shallowOne = (ShallowOne) super.clone(); //手动操作属于深拷贝 this.shallowCopyArrayList = (ArrayList<String>) this.shallowCopyArrayList .clone(); return shallowOne; } }
结果就是
[张三]
深拷贝,两种对象互为独立,属于单独对象
Eg:final 类型修饰的成员变量不能进行深拷贝
原型模式适合在什么场景使用?一是类初始化需要消化非常多的资源,这个资源包括数据、硬件资源等;二是通过 new 产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限,则可以使用原型模式;三是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。在实际项目中,原型模式很少单独出现,一般是和工厂方法模式一起出现,通过 clone的方法创建一个对象,然后由工厂方法提供给调用者。原型模式先产生出一个包含大量共有信息的类,然后可以拷贝出副本,修正细节信息,建立了一个完整的个性对象。
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