设计模式之原型模式

原型模式

定义

原型模式（Prototype Pattern）的简单程度仅次于单例模式和迭代器模式。正是由于简单，使用的场景才非常地多，其定义如下：

Specify the kinds of objects to create using a prototypical instance,and create new objects by copying this prototype.（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。）

优缺点

优点：

1. 性能优良

   原型模式是在内存二进制流的拷贝，要比直接new一个对象性能好很多，特别是要在一个循环体内产生大量的对象时，原型模式可以更好地体现其优点。

2. 逃避构造函数的约束

   这既是它的优点也是缺点，直接在内存中拷贝，构造函数是不会执行的。优点就是减少了约束，缺点也是减少了约束，需要大家在实际应用时考虑。

实现方式

浅拷贝

public class Thing implements Cloneable{
   
     //定义一个私有变量
     private ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();
     @Override
     public Thing clone(){
   
             Thing thing=null;
             try {
   
                    thing = (Thing)super.clone();
             } catch (CloneNotSupportedException e) {
   
                    e.printStackTrace();
             }
             return thing;
     }
     //设置HashMap的值
     public void setValue(String value){
   
             this.arrayList.add(value);
     }
     //取得arrayList的值
     public ArrayList<String> getValue(){
   
             return this.arrayList;
     }
}

在Thing类中增加一个私有变量arrayLis，类型为ArrayList，然后通过setValue和getValue分别进行设置和取值，我们来看场景类是如何拷贝的

public class Client {
   
     public static void main(String[] args) {
   
             //产生一个对象
             Thing thing = new Thing();
             //设置一个值
             thing.setValue("张三");              
             //拷贝一个对象
             Thing cloneThing = thing.clone();
             cloneThing.setValue("李四");         
             System.out.println(thing.getValue());
     }
}

猜想一下运行结果应该是什么？是仅一个“张三”吗？运行结果如下所示：

[张三，李四]

怎么会这样呢？怎么会有李四呢？是因为Java做了一个偷懒的拷贝动作，Object类提供的方法clone只是拷贝本对象，其对象内部的数组、引用对象等都不拷贝，还是指向原生对象的内部元素地址，这种拷贝就叫做浅拷贝。确实是非常浅，两个对象共享了一个私有变量，你改我改大家都能改，是一种非常不安全的方式，在实际项目中使用还是比较少的（当然，这是也是一种“危机”环境的一种救命方式）。你可能会比较奇怪，为什么在Mail那个类中就可以使用String类型，而不会产生由浅拷贝带来的问题呢？内部的数组和引用对象才不拷贝，其他的原始类型比如int、long、char等都会被拷贝，但是对于String类型，Java就希望你把它认为是基本类型，它是没有clone方法的，处理机制也比较特殊，通过字符串池（stringpool）在需要的时候才在内存中创建新的字符串，读者在使用的时候就把String当做基本类使用即可

注意 使用原型模式时，引用的成员变量必须满足两个条件才不会被拷贝：一是类的成员变量，而不是方法内变量；二是必须是一个可变的引用对象，而不是一个原始类型或不可变对象。

深拷贝

public class Thing implements Cloneable{
   
     //定义一个私有变量
     private ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();
     @Override
     public Thing clone(){
   
             Thing thing=null;
             try {
   
                   thing = (Thing)super.clone();
                       thing.arrayList = (ArrayList<String>)this.arrayList.clone();


             } catch (CloneNotSupportedException e) {
   
                    e.printStackTrace();
             }
             return thing;
     }
}

运行结果如下所示：

[张三]

该方法就实现了完全的拷贝，两个对象之间没有任何的瓜葛了，你修改你的，我修改我的，不相互影响，这种拷贝就叫做深拷贝。深拷贝还有一种实现方式就是通过自己写二进制流来操作对象，然后实现对象的深拷贝，这个大家有时间自己实现一下。

注意 深拷贝和浅拷贝建议不要混合使用，特别是在涉及类的继承时，父类有多个引用的情况就非常复杂，建议的方案是深拷贝和浅拷贝分开实现。

日常开发中的应用

我们日常开发可以使用apache的commons-lang3中的SerializationUtils.clone方法进行对象的深拷贝。