创建类模式（四）：原型（Prototype）

定义

用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。

原型模式允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，根本无需知道任何如何创建的细节,工作原理是:通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象，这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝它们自己来实施创建。

UML

优点

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。

缺点

1. 复制对象有时相当复杂。

应用场景

1. 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。

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。

在Java中深复制如下：

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。

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。

示例

使用原型模式创建对象。

Java

public class Main
{
    public static void main(String[] args)
    {
        ConcretePrototype cp = new ConcretePrototype();
        for (int i=0; i< 10; i++)
        {
            ConcretePrototype clonecp = (ConcretePrototype)cp.clone();
            clonecp.show();
        }
    }
    
    public static class Prototype implements Cloneable
    {
        public Prototype clone()
        {
            Prototype prototype = null;
            try
            {
                prototype = (Prototype)super.clone();
            }
            catch(CloneNotSupportedException e)
            {
                e.printStackTrace();
            }
            return prototype; 
        }
    }

    public static class ConcretePrototype extends Prototype
    {
        public void show()
        {
            System.out.println("原型模式实现类");
        }
    }
}