原型模式

1.原型模式定义

原型模式定义

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。

原型模式UML图

在原型模式中有如下角色：

Client：客户端角色。
Prototype：抽象原型角色，抽象类或者接口，用来声明clone方法。
ConcretePrototype：具体的原型类，是客户端角色使用的对象，即被复制的对象。
需要注意的是，Prototype通常是不用自己定义的，因为拷贝这个操作十分常用，Java中就提供了Cloneable接口来支持拷贝操作，它就是原型模式中的Prototype。当然，原型模式也未必非得去实现Cloneable接口，也有其他的实现方式。

2.原型模式简单实现

原型模式的核心是clone方法，通过该方法进行拷贝，这里举一个名片拷贝的例子。
现在已经流行电子名片了，只要扫一下就可以将名片拷贝到自己的名片库中， 我们先实现名片类。

具体的原型类
public class BusinessCard implements Cloneable {
private String name;
private String company;

public BusinessCard() {    System.out.println("执行构造函数BusinessCard");}public void setName(String name) {    this.name = name;}public void setCompany(String company) {    this.company = company;}@Overridepublic BusinessCard clone() {    BusinessCard businessCard = null;    try {        businessCard = (BusinessCard) super.clone();    } catch (CloneNotSupportedException e) {        e.printStackTrace();    }    return businessCard;}public void show() {    System.out.println("name:" + name);    System.out.println("company:" + company);}

}
BusinessCard类实现了Cloneable接口，它是一个标识接口，表示这个对象是可拷贝的，只要重写clone方法就可以实现拷贝。如果实现了Cloneable接口却没有重写clone方法就会报错。需要注意的是，clone方法不是在Cloneable接口中定义的（Cloneable接口中没有定义任何方法），而是在Object中定义的。

客户端调用
public class Client {
public static void main(String[] args) {
BusinessCard businessCard = new BusinessCard();

    businessCard.setName("钱三");    businessCard.setCompany("阿里");     // 拷贝名片    BusinessCard cloneCard1 = businessCard.clone();    cloneCard1.setName("赵四");    cloneCard1.setCompany("百度");    BusinessCard cloneCard2 = businessCard.clone();    cloneCard2.setName("孙五");    cloneCard2.setCompany("腾讯");    businessCard.show();    cloneCard1.show();    cloneCard2.show();}

}
除了第一个名片，其他两个名片都是通过clone方法得到的，需要注意的是，clone方法并不会执行cloneCard1和cloneCard2的构造函数，运行结果为：
执行构造函数BusinessCard
name:钱三
company:阿里
name:赵四
company:百度
name:孙五
company:腾讯

3.浅拷贝和深拷贝

原型模式涉及到浅拷贝和深拷贝的知识点，为了更好的理解它们，还需要举一些例子。

实现浅拷贝

上述的例子中，BusinessCard的字段都是String类型的，如果字段是引用的类型的，会出现什么情况呢？如下所示。
public class BusinessCard implements Cloneable {
private String name;
private Company company = new Company();

public void setName(String name) {    this.name = name;}public void setCompany(String name, String address) {    this.company.setName(name);    this.company.setAddress(address);}@Overridepublic BusinessCard clone() {    BusinessCard businessCard = null;    try {        businessCard = (BusinessCard) super.clone();    } catch (CloneNotSupportedException e) {        e.printStackTrace();    }    return businessCard;}public void show() {    System.out.println("name:" + name);    System.out.println("company:" + company.getName() + "-address-" + company.getAddress());}

我们定义了BusinessCard 类，它的字段company是引用类型的，Company类如下所示。
public class Company {
private String name;
private String address;

public String getAddress() {    return address;}public void setAddress(String address) {    this.address = address;}public String getName() {    return name;}public void setName(String name) {    this.name = name;}

}
在客户端使用BusinessCard：
public class Client {
public static void main(String[] args) {
BusinessCard businessCard = new BusinessCard();
businessCard.setName(“钱三”);
businessCard.setCompany(“阿里”, “北京望京”);

    BusinessCard cloneCard1 = businessCard.clone();    cloneCard1.setName("赵四");    cloneCard1.setCompany("百度", "北京西二旗");    BusinessCard cloneCard2 = businessCard.clone();    cloneCard2.setName("孙五");    cloneCard2.setCompany("腾讯", "北京中关村");    businessCard.show();    cloneCard1.show();    cloneCard2.show();}//--------浅拷贝/** * name:钱三 * company:腾讯-address-北京中关村 * name:赵四 * company:腾讯-address-北京中关村 * name:孙五 * company:腾讯-address-北京中关村 *//** * 从结果可以看出company字段为最后设置的”腾讯”、”北京中关村”。 * 这是因为Object类提供的clone方法，不会拷贝对象中的内部数组和引用对象，导致它们仍旧指向原来对象的内部元素地址，这种拷贝叫做浅拷贝。  * company字段是引用类型，businessCard被拷贝后，company字段仍旧指向原来的businessCard对象的company字段的地址。 * 这样我们每次设置company字段，都会覆盖上一次设置的值，最终留下的就是最后一次设置的值：”腾讯”、”北京中关村”。  */

}
引用关系如下图所示。

这样的引用关系显然不符合需求，有多个对象可以修改company，我们应该将引用关系改为如下形式：

拷贝businessCard对象的同时，也将它内部的引用对象company进行拷贝，使得每个拷贝的对象之间无任何关联，都指向了自身对应的company，这种拷贝就是深拷贝。

实现深拷

首先需要修改DeepCompany类，如下所示。
public class DeepCompany implements Cloneable {
private String name;
private String address;

public String getAddress() {    return address;}public void setAddress(String address) {    this.address = address;}public String getName() {    return name;}public void setName(String name) {    this.name = name;}@Override  public DeepCompany clone() {    DeepCompany company = null;    try {        company = (DeepCompany) super.clone();    } catch (CloneNotSupportedException e) {        e.printStackTrace();    }    return company;}

}
为了实现Company类能被拷贝，Company类也需要实现Cloneable接口并且覆写clone方法。接着修改DeepBusinessCard的clone方法：
public class DeepBusinessCard implements Cloneable {
private String name;
private DeepCompany deepCompany = new DeepCompany();

public void setName(String name) {    this.name = name;}public void setCompany(String name, String address) {    this.deepCompany.setName(name);    this.deepCompany.setAddress(address);}@Override    public DeepBusinessCard clone() {            DeepBusinessCard businessCard = null;            try {                    businessCard = (DeepBusinessCard) super.clone();                     businessCard.deepCompany = this.deepCompany.clone();    } catch (CloneNotSupportedException e) {                    e.printStackTrace();                }            return businessCard;    }public void show() {    System.out.println("name:" + name);    System.out.println("company:" + deepCompany.getName() + "-address-" + deepCompany.getAddress());}

}

public class DeepClient {
public static void main(String[] args) {
DeepBusinessCard businessCard = new DeepBusinessCard();
businessCard.setName(“钱三”);
businessCard.setCompany(“阿里”, “北京望京”);

    DeepBusinessCard cloneCard1 = businessCard.clone();    cloneCard1.setName("赵四");    cloneCard1.setCompany("百度", "北京西二旗");    DeepBusinessCard cloneCard2 = businessCard.clone();    cloneCard2.setName("孙五");    cloneCard2.setCompany("腾讯", "北京中关村");    businessCard.show();    cloneCard1.show();    cloneCard2.show();}//---------深拷贝-----------/** * name:钱三 company:阿里-address-北京望京  * name:赵四 company:百度-address-北京西二旗  * name:孙五 company:腾讯-address-北京中关村 *//** * 拷贝businessCard对象的同时，也将它内部的引用对象company进行拷贝， * 使得每个拷贝的对象之间无任何关联，都指向了自身对应的company，这种拷贝就是深拷贝。 */

}

4.原型模式的使用场景

如果类的初始化需要耗费较多的资源，那么可以通过原型拷贝避免这些消耗。
通过new产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，则可以使用原型模式。
一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以拷贝多个对象供调用者使用，即保护性拷贝。
5.原型模式的优缺点

优点

原型模式是在内存中二进制流的拷贝，要比new一个对象的性能要好，特别是需要产生大量对象时。

缺点

直接在内存中拷贝，构造函数是不会执行的，这样就减少了约束，这既是优点也是缺点，需要在实际应用中去考量。