（7）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。

二、类型

创建类模式

三、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

作用：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。

四、实现代码

原型类

@Data
public class User implements Cloneable{
    @Override
    public User clone() {
        User user = null;
        // 克隆本类
        Prototype prototype = null;
        try {
            // 克隆对象
            user = (User) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 返回被克隆出来的对象
        return user;
    }
}

客户端进行克隆

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User();
        user.showUser();
        User clone = user.clone();
        clone.showUser();
    }
}

克隆User：1837543557 
克隆User：1971489295

五、原型模式的优点及适用场景

        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。

六、原型模式的注意事项

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。

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，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：

/**
 * 原型类
 * @author guxl
 */
public class Prototype implements Cloneable {
    /**
     * 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。
     */
    private ArrayList list = new ArrayList();
 
    private HashMap<String,String> map = new HashMap();
 
    private User user = new User();
 
    public void show(){
        System.out.println("原型模式-被克隆的类: "+hashCode());
    }
 
    /**
     * 重写Object类的clone方法，改作用域为public
     * @return
     */
    @Override
    public Prototype clone() {
        // 克隆本类
        Prototype prototype = null;
        try {
            // 克隆对象
            prototype = (Prototype) super.clone();
            // clone方法只会浅拷贝，所以要自己深拷贝
            prototype.list = (ArrayList) list.clone();
            prototype.map  = (HashMap<String, String>) map.clone();
            prototype.user = user.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return prototype;
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建ConcretePrototype对象
        Prototype cp = new Prototype();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            // 对ConcretePrototype进行clone
            Prototype cloneCp = cp.clone();
            cloneCp.show();
            cloneCp.getUser().showUser();
        }
    }
}

原型模式-被克隆的类: 1433867275
克隆User：476800120
原型模式-被克隆的类: 1744347043
克隆User：1254526270
原型模式-被克隆的类: 662441761
克隆User：1618212626
原型模式-被克隆的类: 1129670968
克隆User：1023714065
原型模式-被克隆的类: 2051450519
克隆User：99747242
原型模式-被克隆的类: 1837543557
克隆User：1971489295
原型模式-被克隆的类: 985655350
克隆User：804611486
原型模式-被克隆的类: 2008017533
克隆User：370988149
原型模式-被克隆的类: 1395089624
克隆User：1476011703
原型模式-被克隆的类: 1603195447
克隆User：792791759

        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。