设计模式之原型模式（Prototype）

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：

[java]
view plain
copy

class Prototype implements Cloneable {  
    public Prototype clone(){  
        Prototype prototype = null;  
        try{  
            prototype = (Prototype)super.clone();  
        }catch(CloneNotSupportedException e){  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return prototype;   
    }  
}  
  
class ConcretePrototype extends Prototype{  
    public void show(){  
        System.out.println("原型模式实现类");  
    }  
}  
  
public class Client {  
    public static void main(String[] args){  
        ConcretePrototype cp = new ConcretePrototype();  
        for(int i=0; i< 10; i++){  
            ConcretePrototype clonecp = (ConcretePrototype)cp.clone();  
            clonecp.show();  
        }  
    }  
}  

原型模式的优点及适用场景

       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。

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。
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，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。例如：

[java]
view plain
copy

public class Prototype implements Cloneable {  
    private ArrayList list = new ArrayList();  
    public Prototype clone(){  
        Prototype prototype = null;  
        try{  
            prototype = (Prototype)super.clone();  
            prototype.list = (ArrayList) this.list.clone();  
        }catch(CloneNotSupportedException e){  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return prototype;   
    }  
}  

        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。

浅复制：将一个对象复制后，基本数据类型的变量都会重新创建，而引用类型，指向的还是原对象所指向的。
深复制：将一个对象复制后，不论是基本数据类型还有引用类型，都是重新创建的。简单来说，就是深复制进行了完全彻底的复制，而浅复制不彻底。
此处，写一个深浅复制的例子：
[java] view plaincopy
1. public class Prototype implements Cloneable, Serializable {  
2.   
3.     private static final long serialVersionUID = 1L;  
4.     private String string;  
5.   
6.     private SerializableObject obj;  
7.   
8.     /* 浅复制 */  
9.     public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
10.        Prototype proto = (Prototype) super.clone();  
11.        return proto;  
12.    }  
13.  
14.    /* 深复制 */  
15.    public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {  
16.  
17.        /* 写入当前对象的二进制流 */  
18.        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();  
19.        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);  
20.        oos.writeObject(this);  
21.  
22.        /* 读出二进制流产生的新对象 */  
23.        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());  
24.        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);  
25.        return ois.readObject();  
26.    }  
27.  
28.    public String getString() {  
29.        return string;  
30.    }  
31.  
32.    public void setString(String string) {  
33.        this.string = string;  
34.    }  
35.  
36.    public SerializableObject getObj() {  
37.        return obj;  
38.    }  
39.  
40.    public void setObj(SerializableObject obj) {  
41.        this.obj = obj;  
42.    }  
43.  
44.}  
45.  
46.class SerializableObject implements Serializable {  
47.    private static final long serialVersionUID = 1L;  
48.}  
 
要实现深复制，需要采用流的形式读入当前对象的二进制输入，再写出二进制数据对应的对象。

PS：深拷贝与浅拷贝问题中，会发生深拷贝的有java中的8中基本类型以及他们的封装类型，另外还有String类型。其余的都是浅拷贝。

参考博客地址：

http://blog.csdn.net/zhengzhb/article/details/7393528

http://blog.csdn.net/zhangerqing/article/details/8239539