Android源码分析之原型模式

2014年08月06日 17:44:29

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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

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 :

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 :

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 :

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 :

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。