设计模式是什么鬼(原型)

设计模式是什么鬼(原型)

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原型(Prototype)是什么意思?工业生产中通常是指在量产之前研发出的概念实现,如果可行性满足即可参照原型进行量产。有人说了,那不就是印章?其实这并不怎么贴切,印章并不是最终实例,我更愿意称其为“类”!

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呃……僵尸脸花泽类经世名言:想哭的时候就道理,这样眼泪就不会流出来了。(。。。。。)

言归正传,大家一定见过这种印章吧,就是皮带轮可以转动,可随意调整成自己需要的文字,其实跟我们的四大发明活字印刷同出一辙,我们填完表格签好字,行政人员拿这个往上一盖,一个日期便出现在落款出。

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其实当行政人员调整好了文字,照纸上盖下去那一刹那,其实就类似于实例化的过程了,new Stamp();每个盖出的印都可以不一样,例如我们更换了日期,那么每天都有不同日期的实例了,那有人意识到了,同一天的那些实例们,其实是完全一模一样的实例拷贝,那这就比较麻烦,每个文档都要用章子(类)去盖(实例化)一下。

好了,让我们忘掉盖章实例化模式吧。通常我们都是怎样做协议书的呢?搞一个Word文档吧,写好后复制给别人修改就好了。

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注意了,行政人员要新建一个word文档了,这个过程其实是在实例化,我们暂且叫它“零号”文件,那当写好了文档后,把这个文件复制给其他公司员工去填写,那么这个零号文件我们就称之为“原型”。

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想必我们已经搞明白了,原型模式,实际上是从原型实例复制克隆出新实例,而绝不是从类去实例化,这个过程的区别一定要搞清楚!OK,那开始我们的实战部分。

假设我们要做一个打飞机游戏,游戏设定位纵版移动,单打。

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既然是单打,那我们的主角飞机当然只有一架,于是我们写一个单例模式(设计模式是什么鬼(初探)),此处我们省略主角代码。那么敌机呢?当然有很多架了,好,为了说明问题我们去繁就简,先写一个敌机类。

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代码第5行,初始化只接收x坐标,因为敌机一开始是从顶部出来所以纵坐标y必然是0。此类只提供getter而没有setter,也就是说只能在初始化时确定敌机的横坐标x,后续是不需要更改坐标了,只要连续调用第17行的fly方法即可让飞机跟雨点一样往下砸。

好了,我们开始绘制敌机动画了,先实例化出50架吧。

public class Client {
   public static void main(String[] args) {
        List<EnemyPlane> enemyPlanes = new ArrayList<EnemyPlane>();
         for (int i = 0; i < 50; i++) {
             //此处随机位置产生敌机
             EnemyPlane ep = new EnemyPlane(new Random().nextInt(200));
             enemyPlanes.add(ep);
        }
    }
}

注意代码第7行,觉不觉得每个迭代都实例化new出一个对象存在性能问题呢?答案是肯定的,这个实例化的过程是得不偿失的,构造方法会被调用50次,cpu被极大浪费了,内存被极大浪费了,尤其对于游戏来说性能瓶颈绝对是大忌,这会造成用户体验问题,谁也不希望玩游戏会卡帧吧。

那到底什么时候去new?游戏场景初始化就new敌机(如以上代码)?这关会出现500个敌机那我们一次都new出来吧?浪费内存!那我们实时的去new,每到一个地方才new出来一个!浪费CPU!如果敌机线程过多造成CPU资源耗尽,每出一个敌机游戏会卡一下,试想一下这种极端情况下,游戏对象实例很多的话就是在作死。

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解决方案到底是什么呢?好,原型模式Prototype!上代码!我们把上面的敌机类改造一下,让它支持原型拷贝。

public class EnemyPlane implements Cloneable{//此处实现克隆接口
	 private int x;//敌机横坐标
     private int y = 0;//敌机纵坐标
 
     public EnemyPlane(int x) {//构造器
         this.x = x;
     }
 
     public int getX() {
        return x;
    }

    public int getY() {
        return y;
    }

    public void fly(){//让敌机飞
        y++;//每调用一次,敌机飞行时纵坐标+1
    }

    //此处开放setX,为了让克隆后的实例重新修改x坐标
    public void setX(int x) {
        this.x = x;
    }

    //为了保证飞机飞行的连贯性
    //这里我们关闭setY方法,不支持随意更改Y纵坐标
//    public void setY(int y) {
//        this.y = y;
//    }

    //重写克隆方法
    @Override
    public EnemyPlane clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (EnemyPlane)super.clone();
    }
}

注意看从第21行开始的修改,setX()方法为了保证克隆飞机的个性化,因为它们出现的位置是不同的。第34行的克隆方法重写我们调用了父类Object的克隆方法,这里JVM会进行内存操作直接拷贝原始数据流,简单粗暴,不会有其他更多的复杂操作(类加载,实例化,初始化等等),速度远远快于实例化操作。OK,我们看怎么克隆这些敌机,做一个造飞机的工厂吧。

public class EnemyPlaneFactory {
     //此处用痴汉模式造一个敌机原型
     private static EnemyPlane protoType = new EnemyPlane(200);
 
     //获取敌机克隆实例
     public static EnemyPlane getInstance(int x){
         EnemyPlane clone = protoType.clone();//复制原型机
         clone.setX(x);//重新设置克隆机的x坐标
         return clone;
    }
}

此处我们省去抓异常,随后的事情就非常简单了,我们只需要很简单地调用EnemyPlaneFactory.getInstance(int x)并声明x坐标位置,一架敌机很快地就做好了,并且我们保证是在敌机出现的时候再去克隆,确保不要一开局就全部克隆出来,如此一来,既保证了实时性节省了内存空间,又保证了敌机实例化的速度,游戏绝不会卡帧!至于此处代码中的懒汉原型还可以怎样优化那就要根据具体场景了,交给大家自由发挥吧,这里只说明主要问题。

最后,还要强调一点就是浅拷贝和深拷贝的问题。假如我们的敌机类里有一颗子弹bullet可以射击我们的主角,如下。

public class EnemyPlane implements Cloneable{
    private Bullet bullet = new Bullet();
    private int x;//敌机横坐标
    private int y = 0;//敌机纵坐标

    //之后代码省略……
}

我们都知道Java中的变量分为原始类型和引用类型,所谓浅拷贝只是拷贝原始类型的指,比如坐标x, y的指会被拷贝到克隆对象中,对于对象bullet也会被拷贝,但是请注意拷贝的只是地址而已,那么多个地址其实真正指向的对象还是同一个bullet。

由于我们调用父类Object的clone方法进行的是浅拷贝,所以此处的bullet并没有被克隆成功,比如我们每架敌机必须携带的子弹是不同的实例,那么我们就必须进行深拷贝,于是我们的代码就得做这样的改动。

public class EnemyPlane implements Cloneable{
     private Bullet bullet = new Bullet();
 
     public void setBullet(Bullet bullet) {
         this.bullet = bullet;
     }
 
     @Override
     protected EnemyPlane clone() throws CloneNotSupportedException {
        EnemyPlane clonePlane = (EnemyPlane) super.clone();//先克隆出敌机,其中子弹还未进行克隆。
        clonePlane.setBullet(this.bullet.clone());//对子弹进行深拷贝
        return clonePlane;
    }

    //之后代码省略……
}

相信大家看注释就能懂了,这里就不做过多解释,当然对于Bullet类也同样实现了克隆接口,代码不用再写了吧?相信大家都学会了举一反三。至此,我们的每个敌机携带的弹药也同样被克隆完毕了,再也不必担心游戏的流畅性了。

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转自:公众号:Java知音 ,原文地址:设计模式是什么鬼(原型)