设计模式【7】------>原型模式

一、什么是原型模式

• 原型设计模式简单来说就是克隆
• 原型表明了有一个样板实例，这个原型是可定制的。原型模式多用于创建复杂的或者构造耗时的实例，因为这种情况下，复制一个已经存在的实例可使程序运行更高效。

二、原型模式的结构

1. 抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的接口。
2. 具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。
3. 访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。

结构图

三、原型模式的应用场景

1. 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。这时我们就可以通过原型拷贝避免这些消耗。
2. 通过new产生的一个对象需要非常繁琐的数据准备或者权限，这时可以使用原型模式。
3. 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，即保护性拷贝。

Spring框架中的多例就是使用原型。

四、原型模式的使用方式

1. 实现Cloneable接口。在java语言有一个Cloneable接口，它的作用只有一个，就是在运行时通知虚拟机可以安全地在实现了此接口的类上使用clone方法。在java虚拟机中，只有实现了这个接口的类才可以被拷贝，否则在运行时会抛出CloneNotSupportedException异常。
2. 重写Object类中的clone方法。Java中，所有类的父类都是Object类，Object类中有一个clone方法，作用是返回对象的一个拷贝，但是其作用域protected类型的，一般的类无法调用，因此Prototype类需要将clone方法的作用域修改为public类型。

原型模式分为浅复制和深复制

• （浅复制）只是拷贝了基本类型的数据，而引用类型数据，只是拷贝了一份引用地址。
• （深复制）在计算机中开辟了一块新的内存地址用于存放复制的对象。

五、代码演示

1、创建User原型对象

/**
 * 原型对象
 */
public class User implements Cloneable {

    private String username;
    private String password;
    private ArrayList<String> phones;

    @Override
    protected User clone(){
        try {
            User user = (User) super.clone();
            //重点，如果要连带引用类型一起复制，需要添加底下一条代码，如果不加就对于是复制了引用地址
            user.phones= (ArrayList<String>) this.phones.clone();//设置深复制
            return user;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }


    /**************Getter/Setter*****************/
    public String getUsername() {
        return username;
    }

    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }

    public String getPassword() {
        return password;
    }

    public void setPassword(String password) {
        this.password = password;
    }

    public ArrayList<String> getPhones() {
        return phones;
    }

    public void setPhones(ArrayList<String> phones) {
        this.phones = phones;
    }
}

2、客户端测试

/**
 * 原型模式测试
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args){

        //创建User原型对象
        User user = new User();
        user.setUsername("张三");
        user.setPassword("123456");
        ArrayList<String> phones = new ArrayList<>();
        phones.add("18090269875");
        phones.add("18090269876");
        user.setPhones(phones);

        //copy一个user对象,查看对象的属性
        User user1 = user.clone();
        user1.setPassword("abcdef");

        //查看两个对象是否是一个
        System.out.println(user==user1);

        //查看属性内容
        System.out.println(user.getUsername()+"------"+user1.getUsername());
        System.out.println(user.getPassword()+"------"+user1.getPassword());
        //查看引用类型拷贝
        System.out.println(user.getPhones()+"------"+user1.getPhones());
    }
}

3、如果不需要深复制，需要删除User 中的

 //默认引用类型为浅复制，这是设置了深复制
user.phones= (ArrayList<String>) this.phones.clone();

打印结果

 六、原型模式优缺点

优点：

• Java 自带的原型模式基于内存二进制流的复制，在性能上比直接 new 一个对象更加优良。
• 可以使用深克隆方式保存对象的状态，使用原型模式将对象复制一份，并将其状态保存起来，简化了创建对象的过程，以便在需要的时候使用（例如恢复到历史某一状态），可辅助实现撤销操作。

缺点：

• 需要为每一个类都配置一个 clone 方法
• clone 方法位于类的内部，当对已有类进行改造的时候，需要修改代码，违背了开闭原则。
• 当实现深克隆时，需要编写较为复杂的代码，而且当对象之间存在多重嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支持深克隆，实现起来会比较麻烦。因此，深克隆、浅克隆需要运用得当。