原型设计模式示例

本文是我们名为“ Java设计模式 ”的学院课程的一部分。

在本课程中，您将深入研究大量的设计模式，并了解如何在Java中实现和利用它们。您将了解模式如此重要的原因，并了解何时以及如何应用模式中的每一个。在这里查看！

1.简介

在面向对象编程中，您需要使用对象。对象彼此交互以完成工作。但是有时候，创建沉重的对象可能会变得很昂贵，并且如果您的应用程序需要太多此类对象（包含几乎相似的属性），则可能会带来一些性能问题。

让我们考虑一个应用程序需要一些访问控制的场景。用户可以根据提供给他们的访问权限来使用应用程序的功能。例如，有些用户有权访问由应用程序生成的报告，而有些则不能。他们中有些甚至可以修改报告，而有些只能读取报告。一些用户还具有添加或什至删除其他用户的管理权限。

每个用户对象都有一个访问控制对象，用于提供或限制应用程序的控件。此访问控制对象是一个笨重的对象，其创建非常昂贵，因为它需要从某些外部资源（例如数据库或某些属性文件等）中获取数据。

我们也不能与同一级别的用户共享同一访问控制对象，因为管理员可以在运行时更改权限，并且同一级别的其他用户可以具有不同的访问控制。一个用户对象应具有一个访问控制对象。

我们可以使用原型设计模式来解决此问题，方法是一次在所有级别上创建访问控制对象，然后在需要时向用户提供该对象的副本。在这种情况下，从外部资源获取数据仅发生一次。下次，通过复制现有对象来创建访问控制对象。每次发送请求时，都不会从头开始创建访问控制对象。这种方法肯定会减少对象创建时间。

在深入探讨解决方案之前，请让我们进一步了解原型设计模式。

2.什么是原型设计模式

原型设计模式用于指定要使用原型实例创建的对象的种类，并通过复制此原型来创建新对象。

其概念是复制现有对象，而不是从头开始创建新实例，这可能包括昂贵的操作。现有对象充当原型，并包含对象的状态。仅在需要时，新复制的对象才能更改相同的属性。这种方法节省了昂贵的资源和时间，尤其是在对象创建很繁重的过程中。

在Java中，有某些方法可以复制对象以创建一个新对象。实现此目的的一种方法是使用Cloneable接口。 Java提供了clone方法，该方法从Object类继承Object 。您需要实现Cloneable接口，并根据需要覆盖此clone方法。

图1

原型

声明一个用于克隆自身的接口。

具体原型

实现克隆自身的操作。

客户

通过要求原型克隆自己来创建新对象。

原型使您可以通过向客户端注册原型实例来将新的具体产品类合并到系统中。

3.解决问题

在此解决方案中，我们将使用克隆方法来解决上述问题。

package com.javacodegeeks.patterns.prototypepattern;public interface Prototype extends Cloneable {public AccessControl clone() throws CloneNotSupportedException;}

上面的接口扩展了Cloneable接口，并包含方法clone 。该接口由要创建原型对象的类实现。

package com.javacodegeeks.patterns.prototypepattern;public class AccessControl implements Prototype{private final String controlLevel;private String access;public AccessControl(String controlLevel,String access){this.controlLevel = controlLevel;this.access = access;}@Overridepublic AccessControl clone(){try {return (AccessControl) super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return null;}public String getControlLevel(){return controlLevel;}public String getAccess() {return access;}public void setAccess(String access) {this.access = access;}}

AccessControl类实现Prototype接口并覆盖clone方法。该方法调用超类的clone方法，并将对象向下转换为AccessControl类型后返回该对象。 clone方法将引发CloneNotSupportedException ，该方法本身会捕获该异常。

该类还包含两个属性； controlLevel用于指定此对象包含的控制级别。级别取决于要使用它的用户类型，例如USER，ADMIN，MANAGER等。

另一个属性是access ; 它包含用户的访问权限。请注意，为简单起见，我们将访问权限用作String类型属性。这可以是Map类型，可以包含分配给用户的长访问权限的键值对。

package com.javacodegeeks.patterns.prototypepattern;public class User {private String userName;private String level;private AccessControl accessControl;public User(String userName,String level, AccessControl accessControl){this.userName = userName;this.level = level;this.accessControl = accessControl;}public String getUserName() {return userName;}public void setUserName(String userName) {this.userName = userName;}public String getLevel() {return level;}public void setLevel(String level) {this.level = level;}public AccessControl getAccessControl() {return accessControl;}public void setAccessControl(AccessControl accessControl) {this.accessControl = accessControl;}@Overridepublic String toString(){return "Name: "+userName+", Level: "+level+", Access Control Level:"+accessControl.getControlLevel()+", Access: "+accessControl.getAccess();}}

User类具有userName ， level和对分配给它的AccessControl的引用。

我们使用了一个AccessControlProvider类，该类预先创建和存储可能的AccessControl对象。当有对AccessControl对象的请求时，它将返回一个通过复制存储的原型创建的新对象。

package com.javacodegeeks.patterns.prototypepattern;import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class AccessControlProvider {private static Map<String, AccessControl>map = new HashMap<String, AccessControl>();static{System.out.println("Fetching data from external resources and creating access control objects...");map.put("USER", new AccessControl("USER","DO_WORK"));map.put("ADMIN", new AccessControl("ADMIN","ADD/REMOVE USERS"));map.put("MANAGER", new AccessControl("MANAGER","GENERATE/READ REPORTS"));map.put("VP", new AccessControl("VP","MODIFY REPORTS"));}public static AccessControl getAccessControlObject(String controlLevel){AccessControl ac = null;ac = map.get(controlLevel);if(ac!=null){return ac.clone();}return null;}
}

getAccessControlObject方法根据传递给它的controlLevel获取存储的原型对象，并将新创建的克隆对象返回到客户端代码。

现在，让我们测试代码。

package com.javacodegeeks.patterns.prototypepattern;public class TestPrototypePattern {public static void main(String[] args) {AccessControl userAccessControl = AccessControlProvider.getAccessControlObject("USER");User user = new User("User A", "USER Level", userAccessControl);System.out.println("************************************");System.out.println(user);userAccessControl = AccessControlProvider.getAccessControlObject("USER");user = new User("User B", "USER Level", userAccessControl);System.out.println("Changing access control of: "+user.getUserName());user.getAccessControl().setAccess("READ REPORTS");System.out.println(user);System.out.println("************************************");AccessControl managerAccessControl = AccessControlProvider.getAccessControlObject("MANAGER");user = new User("User C", "MANAGER Level", managerAccessControl);System.out.println(user);}
}

上面的代码将产生以下输出：

Fetching data from external resources and creating access control objects...
************************************
Name: User A, Level: USER Level, Access Control Level:USER, Access: DO_WORK
Changing access of: User B
Name: User B, Level: USER Level, Access Control Level:USER, Access: READ REPORTS
************************************
Name: User C, Level: MANAGER Level, Access Control Level:MANAGER, Access: GENERATE/READ REPORTS

在上面的代码中，我们在USER级别创建了一个AccessControl对象，并将其分配给UserA。然后，又将另一个AccessControl对象分配给User B，但是这次我们更改了User B的访问权限。最后，MANAGER用户C的级别访问控制。

getAccessControlObject用于获取AccessControl对象的新副本，当我们更改用户B的访问权限时，可以清楚地看到这一点，而对于用户A的访问权限没有更改（只需再次打印用户A对象）。这确认clone方法工作正常，因为它返回对象的新副本，而不是指向同一对象的引用。