Android源码分析之原型模式

模式的定义

用原型实例指定创建对象的种类,并通过拷贝这些原型创建新的对象。


使用场景

1、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,通过原型拷贝避免这些消耗;

2、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;

3、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,即保护性拷贝。


UML类图

Android源码分析之原型模式


角色介绍

Client  :  客户端用户。

Prototype : 抽象类或者接口,声明具备clone能力。

ConcretePrototype : 具体的原型类.


简单示例

下面我们以简单的文档拷贝为例来演示一下简单的原型模式模式。

package com.dp.example.builder;


package com.dp.example.prototype;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 文档类型, 扮演的是ConcretePrototype角色,而cloneable是代表prototype角色
 * 
 * @author mrsimple
 */
public class WordDocument implements Cloneable {
    /**
     * 文本
     */
    private String mText;
    /**
     * 图片名列表
     */
    private ArrayList<String> mImages = new ArrayList<String>();

    public WordDocument() {
        System.out.println("----------- WordDocument构造函数 -----------");
    }

    /**
     * 克隆对象
     */
    @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;
    }

    public String getText() {
        return mText;
    }

    public void setText(String mText) {
        this.mText = mText;
    }

    public List getImages() {
        return mImages;
    }

    /**
     * @param img
     */
    public void addImage(String img) {
        this.mImages.add(img);
    }

    /**
     * 打印文档内容
     */
    public void showDocument() {
        System.out.println("----------- Word Content Start -----------");
        System.out.println("Text : " + mText);
        System.out.println("Images List: ");
        for (String imgName : mImages) {
            System.out.println("image name : " + imgName);
        }
        System.out.println("----------- Word Content End -----------");
    }
}

通过WordDocument类模拟了word文档中的基本元素,即文字和图片。WordDocument的在该原型模式示例中扮演的角色为ConcretePrototype, 而Cloneable的角色则为Prototype。WordDocument实现了clone方法以实现对象克隆。下面我们看看Client端的使用 : 

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        WordDocument originDoc = new WordDocument();
        originDoc.setText("这是一篇文档");
        originDoc.addImage("图片1");
        originDoc.addImage("图片2");
        originDoc.addImage("图片3");
        originDoc.showDocument();

        WordDocument doc2 = originDoc.clone();
        doc2.showDocument();
        
        doc2.setText("这是修改过的Doc2文本");
        doc2.showDocument();
         
        originDoc.showDocument();
    }

}

输出结果如下 : 

Android源码分析之原型模式

可以看到,doc2是通过originDoc.clone()创建的,并且doc2第一次输出的时候和originDoc输出是一样的。即doc2是originDoc的一份拷贝,他们的内容是一样的,而doc2修改了文本内容以后并不会影响originDoc的文本内容。需要注意的是通过clone拷贝对象的时候并不会执行构造函数!

浅拷贝和深拷贝

将main函数的内容修改为如下 : 

    public static void main(String[] args) {
        WordDocument originDoc = new WordDocument();
        originDoc.setText("这是一篇文档");
        originDoc.addImage("图片1");
        originDoc.addImage("图片2");
        originDoc.addImage("图片3");
        originDoc.showDocument();

        WordDocument doc2 = originDoc.clone();
        
        doc2.showDocument();
        
        doc2.setText("这是修改过的Doc2文本");
        doc2.addImage("哈哈.jpg");
        doc2.showDocument();
        
        originDoc.showDocument();
    }

输出结果如下 : 

Android源码分析之原型模式

细心的朋友可能发现了,在doc2添加了一张名为"哈哈.jpg"的照片,但是却也显示在originDoc中?这是怎么回事呢?  其实学习过C++的朋友都知道,这是因为上文中WordDocument的clone方法中只是简单的进行浅拷贝,引用类型的新对象doc2的mImages只是单纯的指向了this.mImages引用,而并没有进行拷贝。doc2的mImages添加了新的图片,实际上也就是往originDoc里添加了新的图片,所以originDoc里面也有"哈哈.jpg" 。那如何解决这个问题呢?  那就是采用深拷贝,即在拷贝对象时,对于引用型的字段也要采用拷贝的形式,而不是单纯引用的形式。示例如下 : 

    /**
     * 克隆对象
     */
    @Override
    protected WordDocument clone() {
        try {
            WordDocument doc = (WordDocument) super.clone();
            doc.mText = this.mText;
//            doc.mImages = this.mImages;
            doc.mImages = (ArrayList<String>) this.mImages.clone();
            return doc;
        } catch (Exception e) {
        }

        return null;
    }
如上代码所示,将doc.mImages指向this.mImages的一份拷贝, 而不是this.mImages本身,这样在doc2添加图片时并不会影响originDoc,如图所示 :

Android源码分析之原型模式


源码分析

在Android源码中,我们以熟悉的Intent来分析源码中的原型模式。简单示例如下 : 

                Uri uri = Uri.parse("smsto:0800000123");    
                    Intent shareIntent = new Intent(Intent.ACTION_SENDTO, uri);    
                    shareIntent.putExtra("sms_body", "The SMS text");    
                    
                    Intent intent = (Intent)shareIntent.clone() ;
                    startActivity(intent);

结果如下 : 

Android源码分析之原型模式

可以看到,我们通过shareIntent.clone方法拷贝了一个对象intent, 然后执行startActivity(intent), 随即就进入了短信页面,号码为0800000123,文本内容为The SMS text,即这些内容都与shareIntent一致。


下面我们看看Intent的clone的实现 : 

    @Override
    public Object clone() {
        return new Intent(this);
    }

    /**
     * Copy constructor.
     */
    public Intent(Intent o) {
        this.mAction = o.mAction;
        this.mData = o.mData;
        this.mType = o.mType;
        this.mPackage = o.mPackage;
        this.mComponent = o.mComponent;
        this.mFlags = o.mFlags;
        if (o.mCategories != null) {
            this.mCategories = new ArraySet<String>(o.mCategories);
        }
        if (o.mExtras != null) {
            this.mExtras = new Bundle(o.mExtras);
        }
        if (o.mSourceBounds != null) {
            this.mSourceBounds = new Rect(o.mSourceBounds);
        }
        if (o.mSelector != null) {
            this.mSelector = new Intent(o.mSelector);
        }
        if (o.mClipData != null) {
            this.mClipData = new ClipData(o.mClipData);
        }
    }

    可以看到,clone方法实际上在内部调用了new Intent(this); 这就和C++中的拷贝构造函数完全一致了,而且是深拷贝。由于该模式比较简单,就不做太多说明。


优点与缺点

优点 :
1、原型模式是在内存二进制流的拷贝,要比直接 new 一个对象性能好很多,特别是要在一个循环体内产生大量的对象时,原型模式可以更好地体现其优点。

缺点 :
1、这既是它的优点也是缺点,直接在内存中拷贝,构造函数是不会执行的,在实际开发当中应该注意这个潜在的问题。优点就是减少了约束,缺点也是减少了约束,需要大家在实际应用时考虑。

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