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如果一個類的有非常多的屬性，層級還很深。這個妥妥的是我的對象很大，你創(chuàng)建的時候忍一下......那你每次要創(chuàng)建的時候都忍一下？有沒有一種好的方式讓我們創(chuàng)建太的時候使用體驗更好一點呢? 今天的文章里就給大家介紹一種設計模式，來解決這個問題。
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這篇內(nèi)容要說的是創(chuàng)造型設計模式里的原型模式，其實在 Java、Go之類的編程語言里其實原型模式用的并不頻繁并不太常用，如果寫過點 JS 代碼的話，大家可能聽說過原型鏈這么個東西，原型模式在 JavaScript 實現(xiàn)里確實廣泛應用，它那個面向?qū)ο蟾?Java、C++ 這些語言的面向?qū)ο蟮膶崿F(xiàn)方式還不太一樣，繼承其實是通過原型克隆出來，在拷貝出來的原型的基礎上再繼續(xù)添加或者修改來實現(xiàn)的。
什么是原型模式
通過復制、拷貝或者叫克隆已有對象的方式來創(chuàng)建新對象的設計模式叫做原型模式，被拷貝的對象也被稱作原型對象。
原型對象按照慣例，會暴露出一個 Clone 方法，給外部調(diào)用者一個機會來從自己這里“零成本”的克隆出一個新對象。
這里的“零成本”說的是，調(diào)用者啥都不用干，干等著，原型對象在 Clone 方法里自己克隆出自己，給到調(diào)用者，所以按照這個約定所有原型對象都要實現(xiàn)一個 Clone 方法。
type Prototype interface {
Clone() SpecificType
}
這里我們用UML類圖描述一下原型模式中各角色擁有的行為以及它們之間的關系
原型模式--UML類圖
至于原型對象克隆自己的時候用的是深拷貝還是淺拷貝？可以先理解成是都用深拷貝，等完全掌握這種思想后，可以再根據(jù)實際情況，比如為了節(jié)省空間、以及減少編寫克隆方法的復雜度時可以兩者綜合使用。
原型模式更多的是闡述一種編程模式，并沒有限制我們用什么方式實現(xiàn)。比如下面這個深拷貝和淺拷貝結(jié)合使用的例子。
// 示例代碼來自：https://lailin.xyz/post/prototype.html
package prototype
import (
"encoding/json"
"time"
)
// Keyword 搜索關鍵字
type Keyword struct {
word string
visit int
UpdatedAt *time.Time
}
// Clone 這里使用序列化與反序列化的方式深拷貝
func (k *Keyword) Clone() *Keyword {
var newKeyword Keyword
b, _ := json.Marshal(k)
json.Unmarshal(b, &newKeyword)
return &newKeyword
}
// Keywords 關鍵字 map
type Keywords map[string]*Keyword
// Clone 復制一個新的 keywords
// updatedWords: 需要更新的關鍵詞列表，由于從數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)常常是數(shù)組的方式
func (words Keywords) Clone(updatedWords []*Keyword) Keywords {
newKeywords := Keywords{}
for k, v := range words {
// 這里是淺拷貝，直接拷貝了地址
newKeywords[k] = v
}
// 替換掉需要更新的字段，這里用的是深拷貝
for _, word := range updatedWords {
newKeywords[word.word] = word.Clone()
}
return newKeywords
}
使用原型模式的目的
使用原型模式的目的主要是為了節(jié)省創(chuàng)建對象所花費的時間和資源消耗，提升性能。
還有一點就是，比如全局配置對象這種也可以當成原型對象，如果不想讓程序在運行時修改初始化好的原型對象，導致影響其他線程的程序執(zhí)行的時候，也可以用原型模式快速拷貝出一份原型對象，再做運行時自定義修改。
使用場景
當對象的創(chuàng)建成本比較大，并且同一個類的不同對象間差別不大時（大部分屬性值相同），如果對象的屬性值需要經(jīng)過復雜的計算、排序，或者需要從網(wǎng)絡、DB等這些慢IO中獲取、亦或者或者屬性值擁有很深的層級，這時就是原型模式發(fā)揮作用的地方了。
因為對象在內(nèi)存中復制自己遠比每次創(chuàng)建對象時重走一遍上面說的操作要來高效的多。
下面再來一個例子，讓我們更好的理解原型模式的優(yōu)點。
利用原型模式實現(xiàn)文檔樹
下面是一個類似 DOM 樹對象的例子，因為 DOM 對象往往層級會很深，那么要創(chuàng)建類似的DOM樹的時候能讓我們更好的理解原型模式的優(yōu)勢。
這個示例代碼來自：https://blog.ralch.com/articles/design-patterns/golang-prototype/
package dom
import (
"bytes"
"fmt"
)
// Node a document object model node
type Node interface {
// Strings returns nodes text representation
String() string
// Parent returns the node parent
Parent() Node
// SetParent sets the node parent
SetParent(node Node)
// Children returns the node children nodes
Children() []Node
// AddChild adds a child node
AddChild(child Node)
// Clone clones a node
Clone() Node
}
// Element represents an element in document object model
type Element struct {
text string
parent Node
children []Node
}
// NewElement makes a new element
func NewElement(text string) *Element {
return &Element{
text: text,
parent: nil,
children: make([]Node, 0),
}
}
// Parent returns the element parent
func (e *Element) Parent() Node {
return e.parent
}
// SetParent sets the element parent
func (e *Element) SetParent(node Node) {
e.parent = node
}
// Children returns the element children elements
func (e *Element) Children() []Node {
return e.children
}
// AddChild adds a child element
func (e *Element) AddChild(child Node) {
copy := child.Clone()
copy.SetParent(e)
e.children = append(e.children, copy)
}
// Clone makes a copy of particular element. Note that the element becomes a
// root of new orphan tree
func (e *Element) Clone() Node {
copy := &Element{
text: e.text,
parent: nil,
children: make([]Node, 0),
}
for _, child := range e.children {
copy.AddChild(child)
}
return copy
}
// String returns string representation of element
func (e *Element) String() string {
buffer := bytes.NewBufferString(e.text)
for _, c := range e.Children() {
text := c.String()
fmt.Fprintf(buffer, "\n %s", text)
}
return buffer.String()
}
上面的DOM對象-- Node、Element 這些都支持原型模式要求的 Clone 方法，那么有了這個原型克隆的能力后，假如我們想根據(jù)創(chuàng)建好的 DOM 樹上克隆出一個子分支作為一顆獨立的 DOM 樹對象的時候，就可以像下面這樣簡單地執(zhí)行 Node.Clone() 把節(jié)點和其下面的子節(jié)點全部拷貝出去。比我們使用構造方法再重新構造樹形結(jié)構要方便許多。
下面的例子是用DOM樹結(jié)構創(chuàng)建一下公司里的職級關系，然后還可以從任意層級克隆出一顆新的樹。
func main() {
// 職級節(jié)點--總監(jiān)
directorNode := dom.NewElement("Director of Engineering")
// 職級節(jié)點--研發(fā)經(jīng)理
engManagerNode := dom.NewElement("Engineering Manager")
engManagerNode.AddChild(dom.NewElement("Lead Software Engineer"))
// 研發(fā)經(jīng)理是總監(jiān)的下級
directorNode.AddChild(engManagerNode)
directorNode.AddChild(engManagerNode)
// 辦公室經(jīng)理也是總監(jiān)的下級
officeManagerNode := dom.NewElement("Office Manager")
directorNode.AddChild(officeManagerNode)
fmt.Println("")
fmt.Println("# Company Hierarchy")
fmt.Print(directorNode)
fmt.Println("")
// 從研發(fā)經(jīng)理節(jié)點克隆出一顆新的樹
fmt.Println("# Team Hiearachy")
fmt.Print(engManagerNode.Clone())
}
原型模式總結(jié)
關于原型模式的總結(jié)，我們先來說一下原型模式的優(yōu)缺點。
原型模式的優(yōu)點
- 某些時候克隆比直接new一個對象再逐屬性賦值的過程更簡潔高效，比如創(chuàng)建層級很深的對象的時候，克隆比直接用構造會方便很多。
- 可以使用深克隆方式保存對象的狀態(tài)，可輔助實現(xiàn)撤銷操作。
原型模式的缺點
- clone方法位于類的內(nèi)部，當對已有類進行改造的時候，需要修改代碼，違背了開閉原則。
- 當實現(xiàn)深克隆時，需要編寫較為復雜的代碼，尤其當對象之間存在多重嵌套引用時，為了實現(xiàn)深克隆，每一層對象對應的類都必須支持深克隆。因此，深克隆、淺克隆需要運用得當。
在項目中使用原型模式時，可能需要在項目初始化時就把提供克隆能力的原型對象創(chuàng)建好，在多線程環(huán)境下，每個線程處理任務的時候，用到了相關對象，可以去原型對象那里拷貝。不過適合當作原型對象的數(shù)據(jù)并不多，所以原型模式在開發(fā)中的使用頻率并不高，如果有機會做項目架構，可以適當考慮，確實需要再在項目中引入這種設計模式。
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