Java设计模式（五）之创建型模式：原型模式

一、定义：

用原型实例指定创建对象的种类，并通过拷贝这些原型创建新的对象。

UML类图：

原型模式主要用于对象的复制，它的核心是就是类图中的原型类Prototype。Prototype类需要具备以下两个条件：

（1）实现Cloneable接口：在java语言有一个Cloneable接口，它的作用只有一个，就是在运行时通知虚拟机可以安全地在实现了此接口的类上使用clone方法。在java虚拟机中，只有实现了这个接口的类才可以被拷贝，否则在运行时会抛出CloneNotSupportedException异常。

（2）重写Object类中的clone()方法。Java中，所有类的父类都是Object类，Object类中有一个clone方法，作用是返回对象的一个拷贝，但是其作用域protected类型的，一般的类无法调用，因此，Prototype类需要将clone方法的作用域修改为public类型。

原型模式是一种比较简单的模式，也非常容易理解，实现一个接口，重写一个方法即完成了原型模式。在实际应用中，原型模式很少单独出现。经常与其他模式混用，他的原型类Prototype也常用抽象类来替代。

二、优点与注意事项：

1、优点：

（1）使用原型模式创建对象比直接new一个对象在性能上要好的多，因为Object类的clone方法是一个本地方法，它直接操作内存中的二进制流，特别是复制大对象时，性能的差别非常明显。

（2）使用原型模式的另一个好处是简化对象的创建，使得创建对象就像我们在编辑文档时的复制粘贴一样简单。

因为以上优点，所以在需要重复地创建相似对象时可以考虑使用原型模式。比如需要在一个循环体内创建对象，假如对象创建过程比较复杂或者循环次数很多的话，使用原型模式不但可以简化创建过程，而且可以使系统的整体性能提高很多。

2、注意事项：

（1）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，甚至连访问权限对原型模式无效。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。

（2）深拷贝与浅拷贝。Object类的clone方法只会拷贝对象中的基本的数据类型（8种基本数据类型byte,char,short,int,long,float,double，boolean和他们的封装类），对于数组、容器对象、引用对象等都不会拷贝，这就是浅拷贝。如果要实现深拷贝，必须将原型模式中的数组、容器对象、引用对象等另行拷贝。

浅拷贝：只克隆对象中的基本数据类型，而不会克隆数组、容器、引用对象等。换言之，浅复制仅仅复制所考虑的对象，而不复制它所引用的对象。如果变量为String字符串，则拷贝其引用地址，但是在修改的时候，它会从字符串池中重新生成一个新的字符串，原有的字符串对象保持不变。

深拷贝：把要克隆的对象所引用的对象都克隆了一遍。

有关深拷贝与浅拷贝的更多内容，可以参考这篇文章：https://blog.csdn.net/a745233700/article/details/82950069

三、实现代码：

public abstract class Prototype implements Cloneable {
    protected ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();

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

    public abstract void show();
}

public class ShallowClone extends Prototype {
    @Override
    public Prototype clone(){
        Prototype prototype = null;
        try {
            prototype = (Prototype)super.clone();
        }
        catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return prototype;
    }

    @Override
    public void show(){
        System.out.println("浅克隆");
    }
}

public class DeepClone extends Prototype {
    @SuppressWarnings("unchecked")
    @Override
    public Prototype clone() {
        Prototype prototype = null;
        try {
            prototype = (Prototype)super.clone();
        }
        catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        prototype.list = (ArrayList<String>) this.list.clone();
        return prototype;
    }

    @Override
    public void show(){
        System.out.println("深克隆");
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ShallowClone cp = new ShallowClone();
        ShallowClone clonecp = (ShallowClone) cp.clone();
        clonecp.show();
        System.out.println(clonecp.list == cp.list);

        DeepClone cp2 = new DeepClone();
        DeepClone clonecp2 = (DeepClone) cp2.clone();
        clonecp2.show();
        System.out.println(clonecp2.list == cp2.list);
    }
}

运行结果：