一、基本介绍
1、原型模式（Prototype Pattern）是用于创建重复的对象，同时又能保证性能。通过拷贝这些原型，创建新的对象。
2、原型模式是一种创建型设计模式，允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，无需知道如何创建的细节。
3、工作原理：通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象，这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝它们自己来实施创建，即 对象.clone()。
这种模式是实现了一个原型接口，该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时，则采用这种模式。例如，一个对象需要在一个高代价的数据库操作之后被创建。我们可以缓存该对象，在下一个请求时返回它的克隆，在需要的时候更新数据库，以此来减少数据库调用。
意图： 用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。
主要解决： 在运行期建立和删除原型。
何时使用： 1、当一个系统应该独立于它的产品创建，构成和表示时。 2、当要实例化的类是在运行时刻指定时，例如，通过动态装载。 3、为了避免创建一个与产品类层次平行的工厂类层次时。 4、当一个类的实例只能有几个不同状态组合中的一种时。建立相应数目的原型并克隆它们可能比每次用合适的状态手工实例化该类更方便一些。
如何解决： 利用已有的一个原型对象，快速地生成和原型对象一样的实例。
优点： 1、性能提高。 2、逃避构造函数的约束。
缺点： 1、配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类不是很难，但对于已有的类不一定很容易，特别当一个类引用不支持串行化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。 2、必须实现 Cloneable 接口。
使用场景： 1、资源优化场景。 2、类初始化需要消化非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等。 3、性能和安全要求的场景。 4、通过 new 产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，则可以使用原型模式。 5、一个对象多个修改者的场景。 6、一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用。 7、在实际项目中，原型模式很少单独出现，一般是和工厂方法模式一起出现，通过 clone 的方法创建一个对象，然后由工厂方法提供给调用者。原型模式已经与 Java 融为浑然一体，大家可以随手拿来使用。
注意事项： 与通过对一个类进行实例化来构造新对象不同的是，原型模式是通过拷贝一个现有对象生成新对象的。浅拷贝实现 Cloneable，重写，深拷贝是通过实现 Serializable 读取二进制流。
二、代码示例
步骤 1
创建一个实现了 Cloneable 接口的抽象类。要拷贝的对象都来继承这个抽象类
public abstract class Shape implements Cloneable{
private String id;
protected String type;
abstract void draw();
public String getType(){
return type;
}
public String getId() {
return id;
}
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
@Override
public Object clone() {
Object clone = null;
try {
clone = super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
return clone;
}
}
步骤 2
创建扩展了上面抽象类的实体类。
class Rectangle extends Shape {
public Rectangle(){
type = "Rectangle";
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
}
}
class Square extends Shape {
public Square(){
type = "Square";
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Square::draw() method.");
}
}
class Circle extends Shape {
public Circle(){
type = "Circle";
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
}
}
步骤 3
创建一个类，从数据库获取实体类，并把它们存储在一个 Hashtable 中。
import java.util.Hashtable;
public class ShapeCache {
private static Hashtable<String, Shape> shapeMap
= new Hashtable<String, Shape>();
public static Shape getShape(String shapeId) {
Shape cachedShape = shapeMap.get(shapeId);
return (Shape) cachedShape.clone();
}
// 对每种形状都运行数据库查询，并创建该形状
// shapeMap.put(shapeKey, shape);
// 例如，我们要添加三种形状
public static void loadCache() {
Circle circle = new Circle();
circle.setId("1");
shapeMap.put(circle.getId(),circle);
Square square = new Square();
square.setId("2");
shapeMap.put(square.getId(),square);
Rectangle rectangle = new Rectangle();
rectangle.setId("3");
shapeMap.put(rectangle.getId(),rectangle);
}
}
步骤 4
使用 ShapeCache 类来获取存储在 Hashtable 中的形状的克隆
public class PrototypePatternDemo {
public static void main(String[] args) {
ShapeCache.loadCache();
Shape clonedShape = (Shape) ShapeCache.getShape("1");
System.out.println("Shape : " + clonedShape.getType());
Shape clonedShape2 = (Shape) ShapeCache.getShape("2");
System.out.println("Shape : " + clonedShape2.getType());
Shape clonedShape3 = (Shape) ShapeCache.getShape("3");
System.out.println("Shape : " + clonedShape3.getType());
}
}
三、spring中使用的原型模式
spring中的getBean
四、浅拷贝和深拷贝
1、浅拷贝：
1、对于数据类型是基本数据类型的成员变量，浅拷贝会直接进行值传递，也就是将该属性值复制一份给新的对象。
2、对于数据类型是引用数据类型的成员变量，比如说成员变量是个数组、类的对象等，那么浅拷贝会进行引用传递，也就是只是将该成员变量的引用值（内存地址）复制一份给新的对象。因为实际上两个对象的该成员变量都指向同一个实例。在这种情况下，在一个对象中修改该成员变量会影响到另一个对象的该成员变量值。
3、浅拷贝是使用默认的clone()方法来实现。，上述例子就是浅拷贝super.clone();
2、深拷贝：
1、复制对象的所有基本数据类型的成员变量值。
2、为所有引用数据类型的成员变量申请存储空间，并复制每个引用数据类型成员变量所引用的对象，直对该对象可达的所有对象。也就是说，对象进行深拷贝要对整个对象进行拷贝。
3、深拷贝实现方式：重写clone方法来实现深拷贝、通过对象的序列化实现深拷贝。
代码示例：
package designMode.advance.prototype;
import java.io.Serializable;
public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
private String cloneName;
private String cloneClass;
//构造器
public DeepCloneableTarget(String cloneName, String cloneClass) {
this.cloneName = cloneName;
this.cloneClass = cloneClass;
}
//因为该类的属性，都是String , 因此我们这里使用默认的clone完成即可
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
package designMode.advance.prototype;
import java.io.*;
public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable {
public String name; //String 属性
public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用类型
public DeepProtoType() {
super();
}
//深拷贝 - 通过对象的序列化实现 (推荐)
public Object deepClone() {
//创建流对象
ByteArrayOutputStream bos = null;
ObjectOutputStream oos = null;
ByteArrayInputStream bis = null;
ObjectInputStream ois = null;
try {
//序列化
bos = new ByteArrayOutputStream();
oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(this); //当前这个对象以对象流的方式输出
//反序列化
bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ois = new ObjectInputStream(bis);
DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType)ois.readObject();
return copyObj;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return null;
} finally {
//关闭流
try {
bos.close();
oos.close();
bis.close();
ois.close();
} catch (Exception e2) {
System.out.println(e2.getMessage());
}
}
}
}
测试：
class test{
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
DeepCloneableTarget deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("11", "22");
DeepCloneableTarget clone = (DeepCloneableTarget) deepCloneableTarget.clone();
System.out.println("deepCloneableTarget.hashCode() = " + deepCloneableTarget.hashCode());
System.out.println("clone.hashCode() = " + clone.hashCode());
DeepProtoType p = new DeepProtoType();
p.name = "宋江";
p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛");
//深拷贝
DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.deepClone();
System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
}
}
