## 引入 在阎宏博士的《JAVA与模式》一书中开头是这样描述原型（Prototype）模式的： > 原型模式属于对象的创建模式。通过给出一个原型对象来指明所有创建的对象的类型，然后用复制这个原型对象的办法创建出更多同类型的对象。这就是选型模式的用意。 克隆我们都清楚，就是用一个物体复制若干个一模一样物体。同样，在面向对象系统中，我们同样可以利用克隆技术来克隆出若干个一模一样的对象。在应用程序中，有些对象比较复杂，其创建过程过于复杂，而且我们又需要频繁的利用该对象，如果这个时候我们按照常规思维new该对象，那么务必会带来非常多的麻烦，这个时候我们就希望可以利用一个已有的对象来不断对他进行复制就好了，这就是编程中的“克隆”。这里原型模式就可以满足我们的“克隆”，在原型模式中我们可以利用过一个原型对象来指明我们所要创建对象的类型，然后通过复制这个对象的方法来获得与该对象一模一样的对象实例。这就是原型模式的设计目的。 ## 模式定义 所谓原型模式就是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。(主要用于对象的复制) ## 结构 原型模式要求对象实现一个可以“克隆”自身的接口，这样就可以通过复制一个实例对象本身来创建一个新的实例。这样一来，通过原型实例创建新的对象，就不再需要关心这个实例本身的类型，只要实现了克隆自身的方法，就可以通过这个方法来获取新的对象，而无须再去通过new来创建。 　　原型模式有两种表现形式：（1）简单形式、（2）登记形式，这两种表现形式仅仅是原型模式的不同实现。 **简单形式的原型模式**  这种形式涉及到三个角色： 　　（1）客户(Client)角色：客户类提出创建对象的请求。 　　（2）抽象原型(Prototype)角色：这是一个抽象角色，通常由一个Java接口或Java抽象类实现。此角色给出所有的具体原型类所需的接口。 　　（3）具体原型（Concrete Prototype）角色：被复制的对象。此角色需要实现抽象的原型角色所要求的接口。 **登记形式的原型模式**  作为原型模式的第二种形式，它多了一个原型管理器(PrototypeManager)角色，该角色的作用是：创建具体原型类的对象，并记录每一个被创建的对象。 **两种形式的比较** 　　简单形式和登记形式的原型模式各有其长处和短处。 　　如果需要创建的原型对象数目较少而且比较固定的话，可以采取第一种形式。在这种情况下，原型对象的引用可以由客户端自己保存。 　　如果要创建的原型对象数目不固定的话，可以采取第二种形式。在这种情况下，客户端不保存对原型对象的引用，这个任务被交给管理员对象。在复制一个原型对象之前，客户端可以查看管理员对象是否已经有一个满足要求的原型对象。如果有，可以直接从管理员类取得这个对象引用；如果没有，客户端就需要自行复制此原型对象。 ## 代码实现 利用原型模式来模拟复印简历。 ~~~ public class Resume implements Cloneable { private String name; private String birthday; private String sex; private String school; private String timeArea; private String company; /** * 构造函数：初始化简历赋值姓名 */ public Resume(String name){ this.name = name; } /** * @desc 设定个人基本信息 * @param birthday 生日 * @param sex 性别 * @param school 毕业学校 * @return void */ public void setPersonInfo(String birthday,String sex,String school){ this.birthday = birthday; this.sex = sex; this.school = school; } /** * @desc 设定工作经历 * @param timeArea 工作年限 * @param company 所在公司 * @return void */ public void setWorkExperience(String timeArea,String company){ this.timeArea = timeArea; this.company = company; } /** * 克隆该实例 */ public Object clone(){ Resume resume = null; try { resume = (Resume) super.clone(); } catch (CloneNotSupportedException e) { e.printStackTrace(); } return resume; } public void display(){ System.out.println("姓名：" + name); System.out.println("生日:" + birthday + ",性别:" + sex + ",毕业学校：" + school); System.out.println("工作年限:" + timeArea + ",公司:" + company); } } ~~~ 客户端:Client.java ~~~ public class Client { public static void main(String[] args) { //原型A对象 Resume a = new Resume("小李子"); a.setPersonInfo("2.16", "男", "XX大学"); a.setWorkExperience("2012.09.05", "XX科技有限公司"); //克隆B对象 Resume b = (Resume) a.clone(); //输出A和B对象 System.out.println("----------------A--------------"); a.display(); System.out.println("----------------B--------------"); b.display(); /* * 测试A==B? * 对任何的对象x，都有x.clone() !=x，即克隆对象与原对象不是同一个对象 */ System.out.print("A==B?"); System.out.println( a == b); /* * 对任何的对象x，都有x.clone().getClass()==x.getClass()，即克隆对象与原对象的类型一样。 */ System.out.print("A.getClass()==B.getClass()?"); System.out.println(a.getClass() == b.getClass()); } } ~~~ ### Java中的克隆方法 　　Java的所有类都是从java.lang.Object类继承而来的，而Object类提供protected Object clone()方法对对象进行复制，子类当然也可以把这个方法置换掉，提供满足自己需要的复制方法。对象的复制有一个基本问题，就是对象通常都有对其他的对象的引用。当使用Object类的clone()方法来复制一个对象时，此对象对其他对象的引用也同时会被复制一份 　　Java语言提供的Cloneable接口只起一个作用，就是在运行时期通知Java虚拟机可以安全地在这个类上使用clone()方法。通过调用这个clone()方法可以得到一个对象的复制。由于Object类本身并不实现Cloneable接口，因此如果所考虑的类没有实现Cloneable接口时，调用clone()方法会抛出CloneNotSupportedException异常。 ### 克隆满足的条件 　　clone()方法将对象复制了一份并返还给调用者。所谓“复制”的含义与clone()方法是怎么实现的。一般而言，clone()方法满足以下的描述： * 　　（1）对任何的对象x，都有：x.clone()!=x。换言之，克隆对象与原对象不是同一个对象。 * 　　（2）对任何的对象x，都有：x.clone().getClass() == x.getClass()，换言之，克隆对象与原对象的类型一样。 * 　　（3）如果对象x的equals()方法定义其恰当的话，那么x.clone().equals(x)应当成立的。 　　在JAVA语言的API中，凡是提供了clone()方法的类，都满足上面的这些条件。JAVA语言的设计师在设计自己的clone()方法时，也应当遵守着三个条件。一般来说，上面的三个条件中的前两个是必需的，而第三个是可选的。 ### 浅克隆和深克隆 　　无论你是自己实现克隆方法，还是采用Java提供的克隆方法，都存在一个浅度克隆和深度克隆的问题。  　　**浅度克隆** 　　只负责克隆按值传递的数据（比如基本数据类型、String类型），而不复制它所引用的对象，换言之，所有的对其他对象的引用都仍然指向原来的对象。 　　**深度克隆** 　　除了浅度克隆要克隆的值外，还负责克隆引用类型的数据。那些引用其他对象的变量将指向被复制过的新对象，而不再是原有的那些被引用的对象。换言之，深度克隆把要复制的对象所引用的对象都复制了一遍，而这种对被引用到的对象的复制叫做间接复制。 　　深度克隆要深入到多少层，是一个不易确定的问题。在决定以深度克隆的方式复制一个对象的时候，必须决定对间接复制的对象时采取浅度克隆还是继续采用深度克隆。因此，在采取深度克隆时，需要决定多深才算深。此外，在深度克隆的过程中，很可能会出现循环引用的问题，必须小心处理。 ### 利用序列化实现深度克隆 　　把对象写到流里的过程是序列化(Serialization)过程；而把对象从流中读出来的过程则叫反序列化(Deserialization)过程。应当指出的是，写到流里的是对象的一个拷贝，而原对象仍然存在于JVM里面。 　　在Java语言里深度克隆一个对象，常常可以先使对象实现Serializable接口，然后把对象（实际上只是对象的拷贝）写到一个流里（序列化），再从流里读回来（反序列化），便可以重建对象。 ~~~ public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException{ //将对象写到流里 ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream(); ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos); oos.writeObject(this); //从流里读回来 ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray()); ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis); return ois.readObject(); } ~~~ 这样做的前提就是对象以及对象内部所有引用到的对象都是可序列化的，否则，就需要仔细考察那些不可序列化的对象可否设成transient，从而将之排除在复制过程之外。 　　浅度克隆显然比深度克隆更容易实现，因为Java语言的所有类都会继承一个clone()方法，而这个clone()方法所做的正式浅度克隆。 　　有一些对象，比如线程(Thread)对象或Socket对象，是不能简单复制或共享的。不管是使用浅度克隆还是深度克隆，只要涉及这样的间接对象，就必须把间接对象设成transient而不予复制；或者由程序自行创建出相当的同种对象，权且当做复制件使用。 ## 注意事项 * 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。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。 * 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（8种基本数据类型byte,char,short,int,long,float,double，boolean），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。例如： * 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。 ## 优点 * 1、如果创建新的对象比较复杂时，可以利用原型模式简化对象的创建过程，同时也能够提高效率。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.这是因为Object类的clone方法时一个本地方法.他直接操作内存中的二进制流.这点在复制复杂或者耗时的实例时,性能差别非常明显. * 2、可以使用深克隆保持对象的状态。 * 3、原型模式提供了简化的创建结构。 ## 缺点 * 1、在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码。 * 2、需要为每一个类配备一个克隆方法，而且这个克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对全新的类来说不是很难，但对已有的类进行改造时，不一定是件容易的事，必须修改其源代码，违背了“开闭原则”。 ## 使用场景 * 1、如果类初始化需要消耗相当多的资源,包括数据,硬件资等，即创建新对象成本较大，我们可以利用已有的对象进行复制来获得。 * 2、有性能和安全要求的场景。如果系统要保存对象的状态，而对象的状态变化很小，或者对象本身占内存不大的时候，也可以使用原型模式配合备忘录模式来应用。相反，如果对象的状态变化很大，或者对象占用的内存很大，那么采用状态模式会比原型模式更好。 * 3、通过new产生一个对象需要非常繁琐的数据准备和访问权限时。 * 4、需要避免使用分层次的工厂类来创建分层次的对象，并且类的实例对象只有一个或很少的几个组合状态，通过复制原型对象得到新实例可能比使用构造函数创建一个新实例更加方便。 ## 总结 * 1、原型模式向客户隐藏了创建对象的复杂性。客户只需要知道要创建对象的类型，然后通过请求就可以获得和该对象一模一样的新对象，无须知道具体的创建过程。 * 2、克隆分为浅克隆和深克隆两种。 * 3、我们虽然可以利用原型模式来获得一个新对象，但有时对象的复制可能会相当的复杂，比如深克隆。