Go學設計模式--原型模式的考查點和使用推薦
前言
這篇原創本周發布過一次，名字和內容有些問題，不利于長期留存，重新整理發布一次。
如果一個類的有非常多的屬性，層級還很深。每次構造起來，不管是直接構造還是用建造者模式，都要對太多屬性進行復制，那么有沒有一種好的方式讓我們創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。
這篇內容要說的是創造型設計模式里的原型模式，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 實現里確實廣泛應用，它那個面向對象跟 Java、C++ 這些語言的面向對象的實現方式還不太一樣，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添加或者修改來實現的。
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，給到調用者，所以按照這個約定所有原型對象都要實現一個 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，可以再根據實際情況，比如為了節省空間、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。比如下面這個深拷貝和淺拷貝結合使用的例子。
// 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，由于從數據庫中獲取數據常常是數組的方式
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省創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行的時候，也可以用原型模式快速拷貝出一份，再在副本上做運行時自定義修改。
使用場景
當對象的創建成本比較大，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過復雜的計算、排序，或者需要從網絡、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揮作用的地方了。
因為對象在內存中復制自己遠比每次創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點。
利用原型模式實現文檔樹
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，那么要創建類似的DOM樹的時候能讓我們更好的理解原型模式的優勢。
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，假如我們想根據創建好的 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行 Node.Clone() 把節點和其下面的子節點全部拷貝出去。比我們使用構造方法再重新構造樹形結構要方便許多。
下面的例子是用DOM樹結構創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() {
// 職級節點--總監
directorNode := dom.NewElement("Director of Engineering")
// 職級節點--研發經理
engManagerNode := dom.NewElement("Engineering Manager")
engManagerNode.AddChild(dom.NewElement("Lead Software Engineer"))
// 研發經理是總監的下級
directorNode.AddChild(engManagerNode)
directorNode.AddChild(engManagerNode)
// 辦公室經理也是總監的下級
officeManagerNode := dom.NewElement("Office Manager")
directorNode.AddChild(officeManagerNode)
fmt.Println("")
fmt.Println("# Company Hierarchy")
fmt.Print(directorNode)
fmt.Println("")
// 從研發經理節點克隆出一顆新的樹
fmt.Println("# Team Hiearachy")
fmt.Print(engManagerNode.Clone())
}
總結
總結
關于原型模式的總結，我們先來說一下原型模式的優缺點。
原型模式的優點
- 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，可輔助實現撤銷操作。
原型模式的缺點
- clone方法位于類的內部，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建好，在多線程環境下，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據并不多，所以原型模式在開發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。
