初識原型模式

定義

? 用原型實例指定創建對象的種類，並通過拷貝這些原型創建新的對象。

結構和說明

Prototype：聲明一個克隆自身的接口，用來約束想要克隆自己的類，要求它們都要實現這裏定義的克隆方法。

ConcretePrototype：實現Prototype接口的類，這些類真正實現克隆自身的功能

Client：使用原型的客戶端，首先要獲取到原型實例對象，然後通過原型實例克隆自身來創建新的對象實例。

Prototype類需要具備以下兩個條件：

　　? 實現Cloneable接口。它的作用只有一個，就是在運行時通知虛擬機可以安全地在實現了此接口的類上使用clone方法。在java虛擬機中，只有實現了這個接口的類才可以被拷貝，否則在運行時會拋出CloneNotSupportedException異常。?

　　重寫Object類中的clone方法。Java中，所有類的父類都是Object類，Object類中有一個clone方法，作用是返回對象的一個拷貝，但是其作用域protected類型的，一般的類無法調用，因此，Prototype類需要將clone方法的作用域修改為public類型。

? 　　原型模式是一種比較簡單的模式，也非常容易理解，實現一個接口，重寫一個方法即完成了原型模式。在實際應用中，原型模式很少單獨出現。經常與其他模式混用，他的原型類Prototype也常用抽象類來替代。

體會原型模式

訂單處理系統? 考慮這樣一個實際應用：訂單處理系統。? 現在有一個訂單處理的系統，裏面有個保存訂單的業務功能，在這個業務功能裏面，客戶有這麽一個需求：每當訂單的預定產品數量超過1000的時候，就需要把訂單拆成兩份訂單來保存，如果拆成兩份訂單後，還是超過1000，那就繼續拆分，直到每份訂單的預定產品數量不超過1000。至於為什麽要拆分，原因是好進行訂單的後續處理，後續是由人工來處理，每個人工工作小組的處理能力上限是1000。

? 根據業務，目前的訂單類型被分成兩種：一種是個人訂單，一種是公司訂單。現在想要實現一個通用的訂單處理系統，也就是說，不管具體是什麽類型的訂單，都要能夠正常的處理。該怎麽實現呢？

? 不用模式的解決方案--看代碼

? 存在的問題

? 仔細想想，真的沒有關心訂單的類型和具體實現嗎？答案是“否定的”。事實上在實現訂單處理的時候，上面的實現是按照訂單的類型和具體實現來處理的，就是instanceof的那一段。有朋友可能會問，這樣實現有何不可嗎？這樣的實現有如下幾個問題

(1)既然想要實現通用的訂單處理，那麽對於訂單處理的實現對象，是不應該知道訂單的具體實現的，更不應該依賴訂單的具體實現。但是上面的實現中，很明顯訂單處理的對象依賴了訂單的具體實現對象。

(2)這種實現方式另外一個問題就是：難以擴展新的訂單類型。假如現在要加入一個大客戶專用訂單的類型，那麽就需要修改訂單處理的對象，要在裏面添加對新的訂單類型的支持，這算哪門子的通用處理。? 因此，上面的實現是不太好的，把上面的問題再抽象描述一下：已經有了某個對象實例後，如何能夠快速簡單地創建出更多的這種對象？

使用模式的解決方案

理解原型模式

認識原型模式

1：原型模式的功能原型模式的功能實際上包含兩個方面：

(1)一個是通過克隆來創建新的對象實例

(2)另一個是為克隆出來的新的對象實例復制原型實例屬性的值 原型模式要實現的主要功能就是：通過克隆來創建新的對象實例。一般來講，新創建出來的實例的數據是和原型實例一樣的。但是具體如何實現克隆，需要由程序自行實現，原型模式並沒有統一的要求和實現算法。

2：原型與new? 原型模式從某種意義上說，就像是new操作，在前面的例子實現中，克隆方法就是使用new來實現的，但請註意，只是“類似於new”而不是“就是new”。克隆方法和new操作最明顯的不同就在於：new一個對象實例，一般屬性是沒有值的，或者是只有默認值；如果是克隆得到的一個實例，通常屬性是有值的，屬性的值就是原型對象實例在克隆的時候，原型對象實例的屬性的值。

3：原型實例和克隆的實例? 原型實例和克隆出來的實例，本質上是不同的實例，克隆完成後，它們之間是沒有關聯的，如果克隆完成後，克隆出來的實例的屬性的值發生了改變，是不會影響到原型實例的。

4：原型模式的調用順序示意圖

Java中的克隆方法 在Java語言中已經提供了clone方法，定義在Object類中。需要克隆功能的類，只需要實現java.lang.Cloneable接口，這個接口沒有需要實現的方法，是一個標識接口。

淺度克隆和深度克隆

什麽是淺度克隆？什麽是深度克隆呢？簡單地解釋一下：

(1)淺度克隆：只負責克隆按值傳遞的數據（比如：基本數據類型、String類型）

(2)深度克隆：除了淺度克隆要克隆的值外，還負責克隆引用類型的數據，基本上就是被克隆實例所有的屬性的數據都會被克隆出來.

? 深度克隆還有一個特點，如果被克隆的對象裏面的屬性數據是引用類型，也就是屬性的類型也是對象，那麽需要一直遞歸的克隆下去。這也意味著，要想深度克隆成功，必須要整個克隆所涉及的對象都要正確實現克隆方法，如果其中有一個沒有正確實現克隆，那麽就會導致克隆失敗。

原型管理器

? 如果一個系統中原型的數目不固定，比如系統中的原型可以被動態的創建和銷毀，那麽就需要在系統中維護一個當前可用的原型的註冊表，這個註冊表就被稱為原型管理器。 其實如果把原型當成一個資源的話，原型管理器就相當於一個資源管理器，在系統開始運行的時候初始化，然後運行期間可以動態的添加資源和銷毀資源。從這個角度看，原型管理器就可以相當於一個緩存資源的實現，只不過裏面緩存和管理的是原型實例而已。

? 有了原型管理器過後，一般情況下，除了向原型管理器裏面添加原型對象的時候是通過new來創造的對象，其余時候都是通過向原型管理器來請求原型實例，然後通過克隆方法來獲取新的對象實例，這就可以實現動態管理、或者動態切換具體的實現對象實例。

原型模式的優缺點

1：對客戶端隱藏具體的實現類型

2：在運行時動態改變具體的實現類型

3：深度克隆方法實現會比較困難

?

思考原型模式

原型模式的本質

原型模式的本質是：克隆生成對象

何時選用原型模式

1：如果一個系統想要獨立於它想要使用的對象時，可以使用原型模式，讓系統只面向接口編程，在系統需要新的對象的時候，可以通過克隆原型來得到

2：如果需要實例化的類是在運行時刻動態指定時，可以使用原型模式，通過克隆原型來得到需要的實例

? 使用原型模式創建對象比直接new一個對象在性能上要好的多，因為Object類的clone方法是一個本地方法，

（protected native Object clone()）它直接操作內存中的二進制流，特別是復制大對象時，性能的差別非常明顯。

? 使用原型模式的另一個好處是簡化對象的創建，使得創建對象就像我們在編輯文檔時的復制粘貼一樣簡單。

因為以上優點，所以在需要重復地創建相似對象時可以考慮使用原型模式。比如需要在一個循環體內創建對象，假如對象創建過程比較復雜或者循環次數很多的話，使用原型模式不但可以簡化創建過程，而且可以使系統的整體性能提高很多。

原型模式的註意事項

? 使用原型模式復制對象不會調用類的構造方法。因為對象的復制是通過調用Object類的clone方法來完成的，它直接在內存中復制數據，因此不會調用到類的構造方法。不但構造方法中的代碼不會執行，甚至連訪問權限都對原型模式無效。還記得單例模式嗎？單例模式中，只要將構造方法的訪問權限設置為private型，就可以實現單例。但是clone方法直接無視構造方法的權限，所以，單例模式與原型模式是沖突的，在使用時要特別註意。

? 深拷貝與淺拷貝。Object類的clone方法只會拷貝對象中的基本的數據類型，對於數組、容器對象、引用對象等都不會拷貝，這就是淺拷貝。如果要實現深拷貝，必須將原型模式中的數組、容器對象、引用對象等另行拷貝。

由於ArrayList不是基本類型，所以成員變量list，不會被拷貝，需要我們自己實現深拷貝，幸運的是java提供的大部分的容器類都實現了Cloneable接口。所以實現深拷貝並不是特別困難。

? PS：深拷貝與淺拷貝問題中，會發生深拷貝的有java中的8中基本類型以及他們的封裝類型，另外還有String類型。其余的都是淺拷貝。

代碼地址： https://gitee.com/weixiaotao1992/DesignPatternsForJava

7.原型模式-Prototype