前言

這篇原創(chuàng)本周發(fā)布過(guò)一次，名字和內(nèi)容有些問(wèn)題，不利于長(zhǎng)期留存，重新整理發(fā)布一次。

如果一個(gè)類(lèi)的有非常多的屬性，層級(jí)還很深。每次構(gòu)造起來(lái)，不管是直接構(gòu)造還是用建造者模式，都要對(duì)太多屬性進(jìn)行復(fù)制，那么有沒(méi)有一種好的方式讓我們創(chuàng)建太的時(shí)候使用體驗(yàn)更好一點(diǎn)呢? 今天的文章里就給大家介紹一種設(shè)計(jì)模式，來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

這篇內(nèi)容要說(shuō)的是創(chuàng)造型設(shè)計(jì)模式里的原型模式，如果寫(xiě)過(guò)點(diǎn) JS 代碼的話，大家可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)原型鏈這么個(gè)東西，原型模式在 JavaScript 實(shí)現(xiàn)里確實(shí)廣泛應(yīng)用，它那個(gè)面向?qū)ο蟾?Java、C++ 這些語(yǔ)言的面向?qū)ο蟮膶?shí)現(xiàn)方式還不太一樣，繼承其實(shí)是通過(guò)原型克隆出來(lái)，在拷貝出來(lái)的原型的基礎(chǔ)上再繼續(xù)添加或者修改來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

什么是原型模式

通過(guò)復(fù)制、拷貝或者叫克隆已有對(duì)象的方式來(lái)創(chuàng)建新對(duì)象的設(shè)計(jì)模式叫做原型模式，被拷貝的對(duì)象也被稱(chēng)作原型對(duì)象。

原型對(duì)象按照慣例，會(huì)暴露出一個(gè) Clone 方法，給外部調(diào)用者一個(gè)機(jī)會(huì)來(lái)從自己這里“零成本”的克隆出一個(gè)新對(duì)象。

這里的“零成本”說(shuō)的是，調(diào)用者啥都不用干，干等著，原型對(duì)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(gè)約定所有原型對(duì)象都要實(shí)現(xiàn)一個(gè) Clone 方法。

type Prototype interface {
    Clone() SpecificType
}

這里我們用UML類(lèi)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(guān)系

原型模式--UML類(lèi)圖

至于原型對(duì)象克隆自己的時(shí)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(shí)際情況，比如為了節(jié)省空間、以及減少編寫(xiě)克隆方法的復(fù)雜度時(shí)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(méi)有限制我們用什么方式實(shí)現(xiàn)。比如下面這個(gè)深拷貝和淺拷貝結(jié)合使用的例子。

// 示例代碼來(lái)自：https://lailin.xyz/post/prototype.html
package prototype

import (
 "encoding/json"
 "time"
)

// Keyword 搜索關(guān)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(guān)鍵字 map
type Keywords map[string]*Keyword

// Clone 復(fù)制一個(gè)新的 keywords
// updatedWords: 需要更新的關(guān)鍵詞列表，由于從數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)象所花費(fèi)的時(shí)間和資源消耗，提升性能。

還有一點(diǎn)就是，比如全局配置對(duì)象這種也可以當(dāng)成原型對(duì)象，如果不想讓程序在運(yùn)行時(shí)修改初始化好的原型對(duì)象，導(dǎo)致影響其他線程的程序執(zhí)行的時(shí)候，也可以用原型模式快速拷貝出一份，再在副本上做運(yùn)行時(shí)自定義修改。

使用場(chǎng)景

當(dāng)對(duì)象的創(chuàng)建成本比較大，并且同一個(gè)類(lèi)的不同對(duì)象間差別不大時(shí)（大部分屬性值相同），如果對(duì)象的屬性值需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的計(jì)算、排序，或者需要從網(wǎng)絡(luò)、DB等這些慢IO中獲取、亦或者或者屬性值擁有很深的層級(jí)，這時(shí)就是原型模式發(fā)揮作用的地方了。

因?yàn)閷?duì)象在內(nèi)存中復(fù)制自己遠(yuǎn)比每次創(chuàng)建對(duì)象時(shí)重走一遍上面說(shuō)的操作要來(lái)高效的多。

下面再來(lái)一個(gè)例子，讓我們更好的理解原型模式的優(yōu)點(diǎn)。

利用原型模式實(shí)現(xiàn)文檔樹(shù)

下面是一個(gè)類(lèi)似 DOM 樹(shù)對(duì)象的例子，因?yàn)?DOM 對(duì)象往往層級(jí)會(huì)很深，那么要?jiǎng)?chuàng)建類(lèi)似的DOM樹(shù)的時(shí)候能讓我們更好的理解原型模式的優(yōu)勢(shì)。

這個(gè)示例代碼來(lái)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(duì)象-- Node、Element 這些都支持原型模式要求的 Clone 方法，那么有了這個(gè)原型克隆的能力后，假如我們想根據(jù)創(chuàng)建好的 DOM 樹(shù)上克隆出一個(gè)子分支作為一顆獨(dú)立的 DOM 樹(shù)對(duì)象的時(shí)候，就可以像下面這樣簡(jiǎn)單地執(zhí)行 Node.Clone() 把節(jié)點(diǎn)和其下面的子節(jié)點(diǎn)全部拷貝出去。比我們使用構(gòu)造方法再重新構(gòu)造樹(shù)形結(jié)構(gòu)要方便許多。

下面的例子是用DOM樹(shù)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建一下公司里的職級(jí)關(guān)系，然后還可以從任意層級(jí)克隆出一顆新的樹(shù)。

func main() {
  // 職級(jí)節(jié)點(diǎn)--總監(jiān)
 directorNode := dom.NewElement("Director of Engineering")
  // 職級(jí)節(jié)點(diǎn)--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(jí)
 directorNode.AddChild(engManagerNode)
 directorNode.AddChild(engManagerNode)
  // 辦公室經(jīng)理也是總監(jiān)的下級(jí)
 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(diǎn)克隆出一顆新的樹(shù)
 fmt.Println("# Team Hiearachy")
 fmt.Print(engManagerNode.Clone())
}
總結(jié)

總結(jié)

關(guān)于原型模式的總結(jié)，我們先來(lái)說(shuō)一下原型模式的優(yōu)缺點(diǎn)。

原型模式的優(yōu)點(diǎn)

• 某些時(shí)候克隆比直接new一個(gè)對(duì)象再逐屬性賦值的過(guò)程更簡(jiǎn)潔高效，比如創(chuàng)建層級(jí)很深的對(duì)象的時(shí)候，克隆比直接用構(gòu)造會(huì)方便很多。
• 可以使用深克隆方式保存對(duì)象的狀態(tài)，可輔助實(shí)現(xiàn)撤銷(xiāo)操作。

原型模式的缺點(diǎn)

• clone方法位于類(lèi)的內(nèi)部，當(dāng)對(duì)已有類(lèi)進(jìn)行改造的時(shí)候，需要修改代碼，違背了開(kāi)閉原則。
• 當(dāng)實(shí)現(xiàn)深克隆時(shí)，需要編寫(xiě)較為復(fù)雜的代碼，尤其當(dāng)對(duì)象之間存在多重嵌套引用時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)深克隆，每一層對(duì)象對(duì)應(yīng)的類(lèi)都必須支持深克隆。因此，深克隆、淺克隆需要運(yùn)用得當(dāng)。

在項(xiàng)目中使用原型模式時(shí)，可能需要在項(xiàng)目初始化時(shí)就把提供克隆能力的原型對(duì)象創(chuàng)建好，在多線程環(huán)境下，每個(gè)線程處理任務(wù)的時(shí)候，用到了相關(guān)對(duì)象，可以去原型對(duì)象那里拷貝。不過(guò)適合當(dāng)作原型對(duì)象的數(shù)據(jù)并不多，所以原型模式在開(kāi)發(fā)中的使用頻率并不高，如果有機(jī)會(huì)做項(xiàng)目架構(gòu)，可以適當(dāng)考慮，確實(shí)需要再在項(xiàng)目中引入這種設(shè)計(jì)模式。