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设计模式系列
前言
公众号有同学留言设计模式，才发现好久没有写设计模式了。关于创建型设计模式只差原型模式没写了，这一篇就来填补这个空缺。
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;
}
@Override
public 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);
}
}复制代码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();
}
}复制代码除了第一个名片，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 DeepBusinessCard 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);
}
@Override
public DeepBusinessCard clone() {
DeepBusinessCard businessCard = null;
try {
businessCard = (DeepBusinessCard) 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());
}
}复制代码我们定义了DeepBusinessCard 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;
}复制代码在客户端使用DeepBusinessCard：
public class Client {
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();
}
}复制代码运行结果为：
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。
实现深拷贝
首先需要修改Company类，如下所示。
public class Company implements Cloneable{
private String name;
private String address;
...
public Company clone(){
Company company=null;
try {
company= (Company) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
return company;
}
}复制代码为了实现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 Company company = new Company();
...
@Override
public DeepBusinessCard clone() {
DeepBusinessCard businessCard = null;
try {
businessCard = (DeepBusinessCard) super.clone();
businessCard.company = this.company.clone();//1
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
return businessCard;
}
...
}复制代码在注释1处增加了对company字段的拷贝处理。最后在客户端调用，输出的结果为：
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
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。
参考资料
《大话设计模式》
《设计模式之禅》
《Android源码设计模式解析与实战》
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