Android設計模式之—

一、介紹

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

二、定義

用原型實例指定創建對象的種類，并通過拷貝這些原型創建新的對象。

三、使用場景

（1）類初始化需要消耗非常多的資源，這個資源包括數據、硬件資源等，通過原型拷貝避免這些消耗。
（2）通過new產生一個對象需要非常繁瑣的數據準備或訪問權限，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用clone函數構造實例時并不一定比通過new操作速度快，只有當通過new構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時需要考慮構建對象的成本以及做一些效率上的測試。當然，實現原型模式也不一定非要實現Cloneable接口，也有其他的實現方式，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

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。用戶經過了長時間的內容編輯后，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構造函數 --------");}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 --------");}@Overrideprotected WordDocument clone(){try{WordDocument doc = (WordDocument)super.clone();doc.mText = this.mText;doc.mImages = this.mImages;return doc;}catch(Exception e){}return null;}
}

執行方法：

    public static void main(String[] args) throws IOException {//1.構建文檔對象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();}

執行結果：

-------- WordDocument構造函數 --------
//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 --------

這里我們發現通過修改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：

這里寫圖片描述

細心的讀者可能從上面的結果中發現，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？學習過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)：

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

修改后在執行上述代碼的結果是：

-------- WordDocument構造函數 --------
//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，沒有單獨復制，而是引用同一地址，因為String沒有實現cloneable接口，也就是說只能復制引用。（這里我們可以查看源碼可以看到，而ArrayList實現了cloneable接口）但是當修改其中的一個值的時候，會新分配一塊內存用來保存新的值，這個引用指向新的內存空間，原來的String因為還存在指向他的引用，所以不會被回收，這樣，雖然是復制的引用，但是修改值的時候，并沒有改變被復制對象的值。

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

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

優點：

（1）原型模式是在內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體內產生大量對象時，原型模式可能更好的體現其優點。
（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，通常可以通過返回一個對象拷貝的形式實現只讀的限制。

缺點：

（1）這既是它的優點也是缺點，直接在內存中拷貝，構造函數是不會執行的，在實際開發中應該注意這個潛在問題。優點是減少了約束，缺點也是減少了約束，需要大家在實際應用時考慮。
（2）通過實現Cloneable接口的原型模式在調用clone函數構造實例時并不一定比通過new操作速度快，只有當通過new構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。