Java设计模型之：原型模式

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。

类型：创建类模式

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：

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。

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。

实现代码：

public class Person implements Cloneable {
private String name;
private String sex;
private int age;

public Person() {
super();
}
public Person(String name, String sex, int age) {
this.name = name;
this.sex = sex;
this.age = age;
}
/** getter、setter方法省略 **/
public Object clone() throws Exception {
Person person = (Person) super.clone();
return person;
}
@Override
public String toString() {
return "Person [name=" + name + ", sex=" + sex + ", age=" + age + "]";
}
}

public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Person a1 = new Person("Jason", "man", 25);
Person a2 = (Person) a1.clone();
a1.setName("Tom");
a1.setAge(24);
System.out.println(a1);
System.out.println(a2);
}
}

打印结果：

Person [name=Tom, sex=man, age=24]

Person [name=Jason, sex=man, age=25]

浅拷贝

除了java中的8种基本类型以及它们的封装类型以及String类型之外，其余的类型都是浅拷贝，即直接拷贝它们的引用地址，而不是直接拷贝对象本身。Object类的clone方法只会拷贝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。

实现代码：

public class Person implements Cloneable {
private String name;
private String sex;
private int age;
private Person friend;

public Person() {
super();
}
public Person(String name, String sex, int age) {
this.name = name;
this.sex = sex;
this.age = age;
}
/** getter、setter方法省略 **/
public Object clone() throws Exception {
Person person = (Person) super.clone();
return person;
}
@Override
public String toString() {
return "Person [name=" + name + ", sex=" + sex + ", age=" + age + "]";
}
}

public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Person a1 = new Person("Jason", "man", 25);
Person a3 = new Person("Alice", "female", 24);
a1.setFriend(a3);
Person a2 = (Person) a1.clone();
a3.setName("Jim");
a3.setAge(22);
System.out.println(a1.getFriend());
System.out.println(a2.getFriend());
}
}

打印结果：

Person [name=Jim, sex=female, age=22]

Person [name=Jim, sex=female, age=22]

即：对象的成员会随着该引用对象的改变而改变，因为两个对象成员同时指向了同一个实例对象。

浅拷贝解决办法

将数组、容器对象、引用对象等对象进行另外实例化对象，并相应赋值。这样就不存在不同的引用指向同一个对象的问题。

代码修改：

public Object clone() {
Person newFriend = new Person();
Person person = null;
try {
person = (Person) super.clone();
Person friend = person.getFriend();
newFriend.setAge(friend.getAge());
newFriend.setName(friend.getName());
newFriend.setSex(friend.getSex());
person.setFriend(newFriend);
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
return person;
}

由于ArrayList不是基本类型，所以成员变量list，不会被拷贝，需要我们自己实现深拷贝，幸运的是Java提供的大部分的容器类都实现了Cloneable接口。所以实现深拷贝并不是特别困难。在clone方法中添加如下代码即可：

(ArrayList<String>) this.list.clone();

原型模式的注意事项：

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。

原型模式的优点及使用场景：

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。

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。