设计模式-原型模式

一、原型模式的核心思想

原型模式(PrototypePatterm)是创建型模式的一种，其特点在于通过"复制"一个已经存在的实例来返回新的实例，而不是新建实例。被复制的实例就是我们所称的"原型"，这个原型是可定制的。

用面向对象的方法来说就是，我们先建立一个原型，然后通过对原型进行复制和修饰的方法，就可以产生一个与原型相似的新对象。即：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象。

在Java中复制模型对象是通过clone0方法实现的。其实，这个方法可以是任意名字，比如cloneA0、cloneBO等。不过，一般应该使用clone0方法，这样做有两个原因：一是出于习惯，复制对象当然应该是 clone0;二是，在许多语言中的基础类中，比如作为所有类基础的Obiect，都定义了clone()方法。因此，实现原型模式的方法一般应该是原型类继承了Cloneable 接口，在具体原型类中需要实现 clone0方法，完成对象的自我复制。如下程序是一个典型的原型类：

原型类Prototype.iava

java 复制代码

package creation.prototype;

/ **
*  @author Minggg
*  原型模式
* /
public class Prototype implements Cloneable {

	/ **
	* 浅复制
	* /
	public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
		Prototype prototype = (Prototype) super.clone();
		return prototype;
	}
}

调用 Prototype 模式很简单：

java 复制代码

Prototype obj = new Prototype();
Prototype obj2 =obj.clone();//复制

当然也可以结合工厂模式来创建 Prototype 实例。

二、浅复制与深复制

从以上的使用可以看出，在Java中Prototype 模式变成 clone()方法的使用，此方法执行的是该对象的"浅复制"，而不"深复制"操作。

因此，复制分为两种：复制浅和深复制。

浅复制：将一个对象复制之后，生成一个新的对象，新对象的所有成员变量(基本类型或引用类型)都含有与原有对象相同的值，如果原有对象的成员变量是基本数据类型，就会将这个变量的值复制一份到新对象里面，如果原有对象的成员变量是引用数据类型，那么这个引用指向的对象不会新生成一份，而是，在新对象里面的这个引用与原有对象的引用指向的是同一个对象。
深复制：将一个对象复制之后，生成一个新的对象，新对象的基本数据类型变量含有与原有对象相同的值，如果原有对象的成员变量是引用数据类型，在新对象里面，这些引用变量将指向被复制过的新对象，而不再是指向原有的那些被引用的对象，深复制把要复制的对象所引用的对象都复制一遍。

为了实现深复制，需要采用流的形式读入当前对象的二进制输入，再写出该二进制数据对应的对象。

为了展示浅复制和深复制在Java中的区别，我们新建一个类，其中包含了一个基本数据类型String 变量和一个引用数据类型SerializableObject的变量。

在执行浅复制时，String变量的值会被复制一份，而SerializableObiect变量只会引用同一个对象。
在执行深复制时，String变量和SerializableObiect变量的值都会被复制一份。

完整的代码如下程序所示：

深复制 DeepPrototype.java

java 复制代码

package creation.prototype;

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;

public class DeepPrototype implements Cloneable, Serializable {

	private static final long serialVersionUID=1L;
	private String str;
	private SerializableObject obj;
	
	/**
	* 浅复制
	*/
	public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
		DeepPrototype prototype = (DeepPrototype) super.clone();
		return prototype;
	}


	/**
	*深复制
	*/
	public Obiect deepClone() throws IOException,ClassNotFoundException {
		// 写入当前对象的二进制流
		ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
		ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
		oos.writeObject(this);
		
		//读出二进制流产生新的对象
		ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray();
		ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
		return ois.readObject();
	}

	public String getStr() {
		return str;
	}
	
	public void setStr(String str){
		this.str = str;
	}
	
	public SerializableObject getObj(){
		return obj;
	}
	
	public void setObj(SerializableObject obj){
		this.obj = obj;
	}


	class SerializableObject implements Serializable {
		private static final long serialVersionUID=1L
	}
}

下面我们来创建一个 DeepPrototype对象pt，并分别使用浅复制和深复制来复制一个新的对象pt1 和 pt2，并修改 String 的值，查看输出的结果有什么不同。完整的代码如下程序所示：

测试程序 PrototypeTest.java

java 复制代码

package creation.prototype;

import java.io.IOException;

public class DeepPrototypeTest {

	public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException, ClassNotFoundException, IOException {
		// 创建对象
		DeepPrototype pt = new DeepPrototype();
		pt.setStr("Hello World!");
		SerializableObject obj= new SerializableObject();
		pt.setObj(obj);
		
		// 浅复制
		DeepPrototype pt1 =(DeepPrototype) pt.clone();
		System.out.printIn("浅复制原对象 str:"+pt.getStr());
		System.out.println("浅复制新对象 str:"+pt1.getStr());
		System,out.println("浅复制原对象 obj:"+pt.getObj());
		System.out.println("浅复制新对象 obj:"+pt1.getObj());
		
		// 修改浅复制对象的值
		pt1 .setStr("Hello China!");
		System,out.println("修改后浅复制原对象 str:"+ pt.getStr());
		System.out.println("修改后浅复制新对象 str:"+ pt1.getStr());
		System,out.println("修改后浅复制原对象 obj:"+ pt.getObj()):
		System.out.println("修改后浅复制新对象 obj:"+ pt1.getObj());
		
		// 深复制
		DeepPrototype pt2 = (DeepPrototype) pt.deepClone();
		System.out.println("深复制原对象 str:"+pt.getStr());
		System.out.println("深复制新对象 str:"+pt2.getStr());
		System.out.println("深复制原对象 obj:"+pt.getObj());
		System.out.println("深复制新对象 obj:"+pt2.getObj());
		
		// 修改深复制对象的值
		pt2.setStr("Hello China!");
		System.out.println("修改后深复制原对象 str:"+pt.getStr());
		System.out.println("修改后深复制新对象 str:"+pt2.getStr());
		System.out.println("修改后深复制原对象 obj:"+pt.getObj());
		System.out.println("修改后深复制新对象 obj:"+pt2.getObj());
	}

}

运行该程序的结果为：

java 复制代码

浅复制原对象 str:Hello World!
浅复制新对象 str:Hello World!
浅复制原对象 obj:creation.prototype.SerializableObject@lfb8ee
浅复制新对象 obj:creation.prototype.SerializableObject@lfb8ee
修改后浅复制原对象 str:Hello World!
修改后浅复制新对象 str:Hello China!
修改后浅复制原对象obj:creation,prototype,SerializableObject@1fb8ee
修改后浅复制新对象obj:creation.prototype.SerializableObject@1fb8ee3
深复制原对象 str:Hello World!
深复制新对象 str:Hello World!
深复制原对象 obj:creation.prototype.SerializableObject@1fb8ee3
深复制新对象 obj:creation.prototype.SerializableObject@ld58aac
修改后深复制原对象 str:Hello World!
修改后深复制新对象 str:Hello China!
修改后深复制原对象 obj:creation.prototype.SerializableObject@1fb8ee
修改后深复制新对象 obj:creation.prototype.SerializableObject@1d58aa

从结果可以看出，浅复制的对象对于简单对象Sting的值可以不同，但引用类型obj的值却没有改变；而深复制的str和obi的值都被复制了一份。

因此，使用Obiect.clone()方法只能浅层次的克隆，即只能对那些成员变量是基本类型或String类型的对象进行克隆，对那些成员变量是类类型的对象进行克隆要使用到对象的序列化，不然克降出来的 Prototype 对象都共享同一个 obj 实例。

总而言之，Prototype 模式为我们提供另外一种高效创建对象的方法。使用Prototype 模式，我们可以不了解原型对象的任何细节及它内部的层次结构，快速克隆出一个个同样的对象来，而且这些对象间无影响，但是我们必须要实现它特定的接口。

三、何时使用原型模式

原型模式多用于创建复杂的或者耗时的实例，因为这种情况下，复制一个已经存在的实例使程序运行更高效；或者创建值相等，只是命名不一样的同类数据。

原型模式也是一种创建型模式，它关注的是大量相似对象的创建问题。我们经常会遇到这样的情况:在系统中要创建大量的对象，这些对象之间具有几乎完全相同的功能，只是在细节上有一点儿差别。