三、原型模式

一、什么是原型模式

原型（Prototype）模式的定义如下：用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象。在这里，原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效，根本无须知道对象创建的细节。原型模式包含以下主要角色。

抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的接口。(Cloneable)
具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。(Prototype)
访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。(Main.class)

二、原型模式的实现

深克隆与与浅克隆：Object类的clone方法只会克隆对象中的基本的数据类型，对于数组、容器对象、引用对象等都不会克隆，这就是浅克隆。如果要实现深克隆，必须将原型模式中的数组、容器对象、引用对象等另行克隆。
由于 Java 提供了对象的 clone() 方法，所以用 Java 实现原型模式很简单。
1、创建Prototype的成员属性：


/**
 * @author FluffyCatkin
 * @version 1.0
 * @date 2021-03-31 0:12
 * @description Prototype的成员变量
 */
public class Member implements Cloneable{
    private String position;

    public Member(String position) {
        this.position = position;
    }

    public void setPosition(String position) {
        this.position = position;
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }


    @Override
    public String toString() {
        return "Member{" +
                "position='" + position + '\'' +
                '}';
    }
}

2、创建具体原型类Prototype：



import java.util.ArrayList;

public class Prototype implements Cloneable{
    private String name ;
    private int age;
    private ArrayList<String> hobbies;
    private Member member;

    public Prototype(String name, int age, ArrayList<String> hobbies, Member member) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.hobbies = hobbies;
        this.member = member;
        System.out.println("通过构造方法创建对象。。。。。。");
    }

    /**
     * 浅克隆
     */
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
    /**
     * 深克隆
     */
//    @Override
//    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
//        Prototype clone = (Prototype) super.clone();
//        clone.setHobbies((ArrayList<String>) clone.getHobbies().clone());
//        clone.setMember((Member) clone.getMember().clone());
//        return clone;
//    }

    public void setName(String name){
        this.name = name;
    }

    public void setHobbies(ArrayList<String> hobbies) {
        this.hobbies = hobbies;
    }

    public ArrayList<String> getHobbies() {
        return hobbies;
    }

    public Member getMember() {
        return member;
    }

    public void setMember(Member member) {
        this.member = member;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Prototype{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", hobbies=" + hobbies +
                ", member=" + member +
                '}';
    }
}

3、创建测试类(访问类)：


import java.util.ArrayList;

/**
 * 原型模式
 *  原型模式的定义与特点：
 *      原型（Prototype）模式的定义如下：用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象。在这里，
 *      原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效，根本无须知道对象创建的细节。例如，Windows 操作系统的安装通常较耗时，
 *      如果复制就快了很多。在生活中复制的例子非常多，这里不一一列举了。
 *      原型模式的结构与实现由于 Java 提供了对象的 clone() 方法，所以用 Java 实现原型模式很简单。
 *  模式的结构
 *      原型模式包含以下主要角色。
 *      抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的接口。   (Cloneable)
 *      具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。  (Prototype)
 *      访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。  (Main.class)
 */
public class Main {

    @Test
    public void prototypeTest() throws CloneNotSupportedException {
        Member initMember = new Member("c#");
        ArrayList<String> initHobbies = new ArrayList<>();
        initHobbies.add("play");
        Prototype prototype = new Prototype("张三",18,initHobbies,initMember);
        System.out.println("复制前");
        System.out.println("被克隆对象:"+prototype);
        Prototype prototype1 = (Prototype) prototype.clone();
        System.out.println("复制后");
        System.out.println("是否同一对象："+(prototype==prototype1?"是":"否"));
        System.out.println("修改被克隆对象属性：");

        prototype.setName("李四");
        initHobbies.add("eat");
        initMember.setPosition("java");

        System.out.println("被克隆对象:"+prototype);
        System.out.println("克隆出的对象:"+prototype1);

    }

}

当把深克隆的实现方法注释，使用浅克隆的方法时：

运行结果：


通过构造方法创建对象。。。。。。
复制前
被克隆对象:Prototype{name='张三', age=18, hobbies=[play], member=Member{position='c#'}}
复制后
是否同一对象：否
修改被克隆对象属性：
被克隆对象:Prototype{name='李四', age=18, hobbies=[play, eat], member=Member{position='java'}}
克隆出的对象:Prototype{name='张三', age=18, hobbies=[play, eat], member=Member{position='java'}}

当修改被克隆对象hobbies与member属性的时候，克隆出来对象的hobbies与member属性也被修改，可见这两个属性都是同一对象引用，而String类型的name以及基础类型的age属性是不会被同时修改的，可见不是同一引用。浅克隆只复制对象的String类型属性以及一些基本类型属性，是不完全克隆。

当把浅克隆的实现方法注释，使用深克隆的方法时：

运行结果：


通过构造方法创建对象。。。。。。
复制前
被克隆对象:Prototype{name='张三', age=18, hobbies=[play], member=Member{position='c#'}}
复制后
是否同一对象：否
修改被克隆对象属性：
被克隆对象:Prototype{name='李四', age=18, hobbies=[play, eat], member=Member{position='java'}}
克隆出的对象:Prototype{name='张三', age=18, hobbies=[play], member=Member{position='c#'}}

当修改被克隆对象name、age、hobbies以及member属性的时候，克隆出来对象的hobbies与member属性并未被修改，可见通过这种深克隆的方法，把所有的属性都创建一个新的内存对象，并使被克隆对象与克隆出的对象所有属性有不同的地址引用，深克隆的复制更加彻底。

注意：上面代码在执行克隆的时候并未打印构造方法中的：“通过构造方法创建对象。。。。。。”，因此可见，使用原型模式复制对象不会调用类的构造方法。因为对象的复制是通过调用Object类的clone方法来完成的，它直接在内存中复制数据，因此不会调用到类的构造方法。不但构造方法中的代码不会执行，甚至连访问权限都对原型模式无效。还记得单例模式吗？单例模式中，只要将构造方法的访问权限设置为private型，就可以实现单例。但是clone方法直接无视构造方法的权限，所以，单例模式与原型模式是冲突的，在使用时要特别注意。

三、应用场景

原型模式通常适用于以下场景。

对象之间相同或相似，即只是个别的几个属性不同的时候。
创建对象成本较大，例如初始化时间长，占用CPU太多，或者占用网络资源太多等，需要优化资源。
创建一个对象需要繁琐的数据准备或访问权限等，需要提高性能或者提高安全性。
系统中大量使用该类对象，且各个调用者都需要给它的属性重新赋值。

四、优缺点分析

原型模式的优点：

Java 自带的原型模式基于内存二进制流的复制，在性能上比直接 new 一个对象更加优良。
可以使用深克隆方式保存对象的状态，使用原型模式将对象复制一份，并将其状态保存起来，简化了创建对象的过程，以便在需要的时候使用（例如恢复到历史某一状态），可辅助实现撤销操作。

原型模式的缺点：

需要为每一个类都配置一个 clone 方法
clone 方法位于类的内部，当对已有类进行改造的时候，需要修改代码，违背了开闭原则。
当实现深克隆时，需要编写较为复杂的代码，而且当对象之间存在多重嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支持深克隆，实现起来会比较麻烦。因此，深克隆、浅克隆需要运用得当。

代码地址：https://gitee.com/fluffycatkin/JavaDesignModel.git