设计模式之（六）原型模式（ProtoType）

认识原型模式　　

　　原型模式是比较简单的设计模式。废话不多说，直接看定义：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。通过实例指定种类，种类就是初始化的类，然后通过拷贝创建对象。先展示一个实现的原型模式的例子

public class Product {
    
    private String proID;
    
    private String  proName;
    
    private String proDescption;
    
    public String getProID() {
        return proID;
    }

    public void setProID(String proID) {
        this.proID = proID;
    }

    public String getProName() {
        return proName;
    }

    public void setProName(String proName) {
        this.proName = proName;
    }

    public String getProDescption() {
        return proDescption;
    }

    public void setProDescption(String proDescption) {
        this.proDescption = proDescption;
    }
    
    public void showPro(){
        System.out.println("ID:"+this.getProID()+";Name："+this.getProName()+";Descrip:"+this.getProDescption());
        System.out.println("-------------------------------------");
    }
    
    //关键方法
    public Product cloneself(){
        Product p = new Product();
        p.setProName(this.proID);
        p.setProID(this.proID);
        p.setProDescption(this.proDescption);
        
        return p;
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Product pp = new Product();
        pp.setProID("P0001");
        pp.setProName("玩具一号");
        pp.setProDescption("此为玩具一号的初代产品");
        
        pp.showPro();
        
        //拷贝
        Product pp2 = pp.cloneself();
        pp2.showPro();
        pp2.setProDescption("此为玩具一号的升级产品");
        pp2.showPro();
        
        //原来的
        pp.showPro();
    }
}

//实行效果
ID:P0001;Name：玩具一号;Descrip:此为玩具一号的初代产品
-------------------------------------
ID:P0001;Name：P0001;Descrip:此为玩具一号的初代产品
-------------------------------------
ID:P0001;Name：P0001;Descrip:此为玩具一号的升级产品
-------------------------------------
ID:P0001;Name：玩具一号;Descrip:此为玩具一号的初代产品
-------------------------------------

　　通过例子可以看出来，原型模式的核心就是克隆自己的方法，在例子中就是 cloneself，实例对象调用的 cloneself ，就识别出来了对象是哪个类的。同时拷贝了一个新的对象，和原来的实例是完全分离的两个实例。这样实现的原型模式 和 new 比起来有诸多优势，

        1）通过拷贝创建对象时，不用关心实例来自哪个类型，只要在例子中实现了拷贝自己的方法即可。

　　 2）通过 new 新建对象时，每个值都是初始状态的，对各个属性，还需要赋值处理。而原型模式在新建了对象时候，就直接获取了原来对象的值，如果有个别属性不一样修改了即可。

       通过上面那种方式实现的原型模式，只是在编程方面更灵活。编程效率更高而已，对于执行效果而言，和不用效果是一样的。因为这样实现的模式也是通过new来创建的。有没有更好的克隆方式呢，java 语言里面是有这样的方式的。接下来就介绍 java 实现的 clone 方式。

public class ProtoType implements Cloneable {

    //......属性值省略
    
    @Override
    public ProtoType clone(){
        ProtoType pro = null;
        try{
            pro = (ProtoType)super.clone();
        }
        catch(CloneNotSupportedException ex){
            ex.printStackTrace();
        }
        return pro;
    }
}

　　上面的代码就是用 java 自己的 clone 实现的克隆。方式就是在 Object 里面有一个 clone 方法，就是用来拷贝对象的，只是使用这个函数需要实现 Cloneable 接口，然后再重写这个方法。为了更好的理解 clone 用法，我们来改造上面的例子。通过 java 语言提供的 clone 来完成这个例子。只是把关键代码贴出来，就是把 原来例子中的 cloneself() 替换成 clone() 。

用 java 自带 clone 改造例子

public class Product implements Cloneable {
    
    private String proID;
    
    private String  proName;
    
    private String proDescption;
    
    public String getProID() {
        return proID;
    }

    public void setProID(String proID) {
        this.proID = proID;
    }

    public String getProName() {
        return proName;
    }

    public void setProName(String proName) {
        this.proName = proName;
    }

    public String getProDescption() {
        return proDescption;
    }

    public void setProDescption(String proDescption) {
        this.proDescption = proDescption;
    }
    
    public void showPro(){
        System.out.println("ID:"+this.getProID()+";Name："+this.getProName()+";Descrip:"+this.getProDescption());
        System.out.println("-------------------------------------");
    }
    
    //关键方法
    //    public Product cloneself(){
    //        Product p = new Product();
    //        p.setProName(this.proID);
    //        p.setProID(this.proID);
    //        p.setProDescption(this.proDescption);
    //        
    //        return p;
    //    }
    
    //关键方法
    @Override
    public Product clone(){
        Product pro = null;
        try{
            pro = (Product)super.clone();
        }
        catch(CloneNotSupportedException ex){
            ex.printStackTrace();
        }
        
        return pro;
    }
}

 　　通过 java 语言提供的 clone 方法来复制效率很高，主要有一下原因：

           1）不用执行构造函数。

　　    2）原型模式是在内存二进制流的拷贝，要比直接new一个对象性能好很多，特别是要在一个循环体内产生大量的对象时，原型模式可以更好地体现其优点。

 浅拷贝和深拷贝

　　浅拷贝：就是只拷贝基本类型的值，比如 int、String 等类型。（这里把 String 类型当成了基本类型）。

       深拷贝：除了浅拷贝的值外，还需要拷贝引用类型的对象。

public class Product2 implements Cloneable {
    private String name;
    
    private ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
    
    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public ArrayList<String> getList() {
        return list;
    }

    public void setList(String str) {
        this.list.add(str);
    }
    
    @Override
    public Product2 clone(){
        Product2 pro = null;
        try{
            pro = (Product2)super.clone();
        }
        catch(CloneNotSupportedException ex){
            ex.printStackTrace();
        }
        
        return pro;
    }
    
    public void show(){
        System.out.println("name="+this.name+"   list="+this.list);
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Product2 pp = new Product2();
        pp.setName("pro2");
        pp.setList("pwq");
        pp.show();
        
        Product2 pp2 = pp.clone();
        pp2.setName("pro222");
        pp2.setList("pcf");
        pp2.show();
    }
}

/*****执行效果**********/
name=pro2   list=[pwq]
name=pro222   list=[pwq, pcf]

     比较两次的执行效果，克隆后的类名字是分离了，就是成功克隆了；但是 list 这个很明显就是共享了，就是没有克隆成功。这个就是浅克隆。如果需要深克隆，就需要修改下上面代码；

@SuppressWarnings("unchecked")
    @Override
    public Product2 clone(){
        Product2 pro = null;
        try{
            pro = (Product2)super.clone();
            pro.list = (ArrayList<String>)pro.list.clone();
        }
        catch(CloneNotSupportedException ex){
            ex.printStackTrace();
        }
        
        return pro;
    }

　　加上这句话后，修改为深度拷贝。手动编写的类也是典型的引用类型，深拷贝也是需要重点注意的。

原型管理器

       有时候原型可能有多个，而且还不固定，中间可能动态的变化。这个时候对原型的管理就需要维护一个注册表，这个注册表就是原型管理器。在原型注册器中可以添加和销毁。看例子理解

public interface ProtoType {
    public String getName();
    
    public void setName(String name);
    
    public ProtoType clone();
}

public class ConcreteProtoTypeA implements ProtoType{
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    @Override
    public ProtoType clone(){
        ConcreteProtoTypeA cA = new ConcreteProtoTypeA();
        cA.setName(this.name);
        return cA;
    }
}

public class ConcreteProtoTypeB implements ProtoType{
    //..........
}

//原型管理器
public class ProtoTypeManager {
    private static Map<String,ProtoType> pt = new HashMap<String,ProtoType>();
    //不让实例化
    private ProtoTypeManager(){}
    
    public static synchronized void setProtoType(String protoID,ProtoType p){
        pt.put(protoID, p);
    }
    
    public static synchronized void removeProtoType(String protoID){
        pt.remove(protoID);
    }
    
    public static synchronized ProtoType getProtoType(String protoID){
        ProtoType p = null;
        
        if(pt.containsKey(protoID)){
            p = pt.get(protoID);
        }
        return p;
    }
    
    public static void show(){
        System.out.println(pt);
    }
}

      通过这个例子就很清楚的理解了原型管理器是有什么用处了，本质上就是存放多个原型的，并且能够动态的添加、删除、获取。

使用场景

　　1、需要一个类实例化大量的重复对象，或者数据重复性很大，极个别需要修改的属性。

　　2、对象初始化过程比较复杂。

　　3、在运行时刻不方便获取原型的类时，也可以通过原型模式来实现。

小结

　　原型模式说了这么多，本质就是原型不需要获取到所属种类，通过原型就能够通过克隆自己来创建对象。通过这个本质就能看到引出的优势。而 java 又对这个模式进行了语言级别的支持。Object 的 clone 就能够克隆，只要实现了 cloneable 接口。java 自带的 clone 克隆自己还不需要再次执行构造方法，操作的是内存二进制数据，效率非常的好。