使程序运行更高效-原型模式

原型模式的使用场景

在创建一个实例，较复杂的或耗时的情况下，复制一个已经存在的实例能使程序运行更高效。

类初始化需要耗费很多资源，通过原型拷贝避免这些耗费
通过 new 产生一个对象，需要频繁的数据准备或访问权限时
保护性拷贝，防止一个对象被调用者修改

原型模式的类图

@startuml

interface Prototype {
+ clone()
}

class ConcretePrototype implements Prototype{
+ clone()
}

class Client

Client .o Prototype

@enduml

Client: 客户端
Prototype: 抽象类或接口，声明具有 clone 能力
ConcretePrototype: 具体的原型类

简单实现

使用原型模式，实现一个文档拷贝的例子. WordDocument 表示一份用户的文档，这个文档中包含文字和图片。
用户希望编辑一份已经存在的文档，但是不确定是否采用新的编辑。因此，为了安全，将原有的文档拷贝一份，在拷贝的文档上进行操作。
原始文档就是样板实例，既原型。

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class WordDocument : Cloneable {

    var text: String = ""
    var images: ArrayList<String> = ArrayList()

    public override fun clone(): WordDocument {
        val doc = super.clone() as WordDocument
        doc.text = this.text
        doc.images = this.images
        return doc
    }

    override fun toString(): String = "doc: $text\n images: $images"
}

修改文档文本内容

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fun main(args: Array<String>) {
    val doc = WordDocument()
    doc.text = "document text"
    doc.images.add("image1")
    doc.images.add("image2")
    println("doc1: $doc")
    // 拷贝
    val doc2 = doc.clone()
    println("doc2: $doc2")
    doc2.text = "update document text"
    println("doc2: $doc2")
    println("doc1: $doc")
}

输出:

doc1: doc: document text
images: [image1, image2]

doc2: doc: document text
images: [image1, image2]

doc2: doc: update document text
images: [image1, image2]

doc1: doc: document text
images: [image1, image2]

可见新的文档对象的文本内容修改不会影响原始的文本对象。

修改文档文本和图片内容

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fun main(args: Array<String>) {
    val doc = WordDocument()
    doc.text = "document text"
    doc.images.add("image1")
    doc.images.add("image2")
    println("doc1: $doc")
    // 拷贝
    val doc2 = doc.clone()
    println("doc2: $doc2")
    doc2.text = "update document text"
    // 添加一张图片
    doc2.images.add("image3")
    println("doc2: $doc2")
    println("doc1: $doc")
}

输出:

doc1: doc: document text
images: [image1, image2]

doc2: doc: document text
images: [image1, image2]

doc2: doc: update document text
images: [image1, image2, image3]

doc1: doc: document text
images: [image1, image2, image3]

在新文档对象中增加的图片同时也出现在了原始对象中，这是由于 WordDocument 中 clone 的实现是浅拷贝造成的。由于 images 是 List 类型，属于引用类型，浅拷贝传递的是对象的引用。

深拷贝,浅拷贝

对于引用类型对象，变量持有的是对象的引用，在进行拷贝时，如果只是引用赋值，就是浅拷贝，新对象中的变量就还是引用的原型对象中的变量。既 doc2.images 与 doc1.images 都引用的同一个对象。

修改 WordDocument 的 clone 为深拷贝:

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public override fun clone(): WordDocument {
    val doc = super.clone() as WordDocument
    doc.text = this.text
    doc.images = this.images.clone() as ArrayList<String>
    return doc
}

通过深拷贝可以避免对拷贝对象的修改影响原型对象的内容。