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一、介绍
原型模式属于创建型设计模式 ，用于创建重复 的对象，且同时又保证了性能。
该设计模式的好处是将对象的创建与调用方分离。
其目的就是**根据一个对象(称为原型)创建一个与其完全相同的对象(当然内存地址不同)。**原对象被认为是新对象的原型。
二、实现步骤
原型模式的实现步骤如下：
- 应用原型模式的类要实现
Cloneable接口。 - 应用原型模式的类要重写
Object类定义的clone()方法。 - 通过调用对象的
clone()方法，获得一个与该对象相同的对象。
在重写Object类定义的clone()方法时，直接通过调用super.clone()即可得到一个新对象，如下所示
java
@Override
public Object clone() {
try {
Object obj = super.clone();
return obj;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new AssertionError();
}
}而super.clone()调用的其实就是在Object类中定义的方法
java
public class Object {
// ...
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;
// ...
}该方法由native关键字修饰，表明其具体实现逻辑在JVM中已经完成了，我们无需知道其细节，只需知道调用该方法后将返回一个具有相同属性的对象即可。也正因此，该方式要比我们创建实例再初始化实例的性能好。
另外，该方法显式地抛出了CloneNotSupportedException异常，要求我们在调用clone()方法的对象必须实现Cloneable接口，否则将抛出该异常。
注意 ：调用super.clone()时，只能够满足浅拷贝 ，如果要实现深拷贝，则需要我们根据实际情况重写clone()的具体逻辑而不是调用super.clone()。
三、案例
我们创建一个Person类，实现Cloneable接口，并重写clone()方法。
java
public class Person implements Cloneable{
private String name;
private Integer age;
private String sex;
// 省略get、set方法
@Override
public Person clone() {
try {
Person person = (Person) super.clone();
return person;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new AssertionError();
}
}
}然后进行测试
java
public class PrototypeTest {
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
person.setName("name");
person.setAge(1);
person.setSex("男");
Person clone = person.clone();
System.out.println("获得的新对象：" + clone);
}
}得到的输出如下，可以发现，通过clone()方法可以获得一个与原对象具有相同属性的新对象。
四、应用
原型模式在实际应用中不是很广泛，因为绝大多数实例要么是有状态的(例如持有文件、远程链接等)，则无法应用原型模式；要么是无状态的，此时应用单例模式更合适。
思来想去，基于原型模式创建重复对象的作用，我们可以利用该模式模拟细胞分裂。
五、细胞分裂
按照上面案例，我们新建一个细胞类Cell
java
public class Cell implements Cloneable{
// 当前细胞为第num次分裂所得，细胞分裂是一个1变2，2变4，4变8的过程，
private Integer num = 0;
@Override
public Cell clone() {
try {
// 每当克隆一次，num+1
num++;
Cell clone = (Cell) super.clone();
return clone;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new AssertionError();
}
}
}演示细胞分裂过程
java
public static void cellDivision() {
// 第一个细胞
Cell cell1 = new Cell();
System.out.println("cell1：" + cell1);
// cell1 通过自我复制， 产生一个新细胞 cell2
Cell cell2 = cell1.clone();
System.out.println("第一次分裂后：");
System.out.println("cell1：" + cell1);
System.out.println("cell2：" + cell2);
// cell1、cell2 通过自我复制， 产生新细胞 cell3、cell4
Cell cell3 = cell1.clone();
Cell cell4 = cell2.clone();
System.out.println("第二次分裂后：");
System.out.println("cell1：" + cell1);
System.out.println("cell2：" + cell2);
System.out.println("cell3：" + cell3);
System.out.println("cell4：" + cell4);
}输出如下：
此时如果要计算当前一共有多少个细胞，就可以通过 2 n u m 2^{num} 2num得到结果。
六、改造细胞分裂逻辑
我们将N个细胞(无论分裂多少次)作为一个整体，假设该整体中所有细胞同时分裂，则可以将该细胞整体进行抽象。如下所示，新建一个细胞整体类Cells。
- 实现
Cloneable接口，表示该细胞整体可进行复制分裂。 - 重写
clone()方法，该细胞整体分裂的过程，其实就是所有个体在分裂，最后将其整合即可
java
public class Cells implements Cloneable{
// 该细胞整体中的所有细胞个体
private List<Cell> cellList = new ArrayList<>();
// 添加一个细胞
public void addCell(Cell cell) {
cellList.add(cell);
}
// 该细胞整体复制分裂的过程
@Override
public Cells clone() {
try {
System.out.println("第" + (cellList.get(0).getNum()+1) + "次分裂...");
// 新增的细胞数量和原细胞数量相同
List<Cell> clonedCellList = new ArrayList<>(cellList.size());
for (Cell cell : cellList) {
// 将每一个细胞分裂得到的新细胞添加到clonedCellList集合中
clonedCellList.add(cell.clone());
}
// 新细胞与原细胞合并
cellList.addAll(clonedCellList);
// 复制该细胞整体
Cells clone = (Cells) super.clone();
clone.setCellList(cellList);
System.out.println("分裂后得到细胞数：" + cellList.size());
return clone;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new AssertionError();
}
}
}下面我们对该细胞整体的分裂过程进行演示
java
public static void cellDivision() {
// 第一个细胞
Cell cell = new Cell();
// 向该细胞整体中添加第一个细胞
Cells cells = new Cells();
cells.addCell(cell);
// 细胞分裂10次
for (int i = 0; i < 10; i++) {
cells = cells.clone();
}
}输出如下：
七、总结
- 原型模式用于创建具有相同属性的重复对象。
- 原型模式的实现就是实现
Cloneable接口 + 重写clone()方法实现的。 Object类的clone()方法实现由JVM实现，性能较好。但仅能实现浅拷贝。
纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。
------------------------我是万万岁，我们下期再见------------------------