设计模式之原型模式

介绍

目的

用原型示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才指定，比如通过动态装载。
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由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。

关键代码

1. 实现克隆操作，原型类实现Cloneable接口，重写clone()方法。
2. 创建一个原型类的实例，使用实例对象的clone()方法就可以快速生成一个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. 对性能和安全有要求的场景。
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。

注意事项

1. 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。一般不做特殊处理时进行的浅拷贝。
   • 浅克隆：
     • 只克隆了指定对象，对象中的引用变量属性等都没有克隆，最后就是原来的对象A和克隆出来的对象B，它们内部的引用对象都是同样的对象，指向相同的内存地址。所以改一个对象的引用属性时，另一个对象的引用属性也会变化
   • 深克隆：
     • 克隆对象以及对象内部的引用变量。 只需要修改clone方法即可，在clone方法中，手动给克隆出来的引用对象赋值。
2. 原型模式可以破坏单例模式；
   • 防止方法：
     • 单例模式的对象不实现Cloneable接口
     • 重写clone方法的时候，返回getInstance的对象即可

new和clone的区别

clone顾名思义就是复制， 在Java语言中， clone方法被对象调用，所以会复制对象。所谓的复制对象，首先要分配一个和源对象同样大小的空间，在这个空间中创建一个新的对象。那么在java语言中，有几种方式可以创建对象呢？

1. 使用new操作符创建一个对象
2. 使用clone方法复制一个对象

那么这两种方式有什么相同和不同呢？

1. new操作符的本意是分配内存。程序执行到new操作符时， 首先去看new操作符后面的类型，因为知道了类型，才能知道要分配多大的内存空间。分配完内存之后，再调用构造函数，填充对象的各个域，这一步叫做对象的初始化，构造方法返回后，一个对象创建完毕，可以把他的引用（地址）发布到外部，在外部就可以使用这个引用操纵这个对象。
2. clone在第一步是和new相似的，都是分配内存，调用clone方法时，分配的内存和源对象（即调用clone方法的对象）相同，然后再使用原对象中对应的各个域，填充新对象的域，填充完成之后，clone方法返回，一个新的相同的对象被创建，同样可以把这个新对象的引用发布到外部。

实例

浅克隆

//需要使用clone方法的类
public  class A implements Cloneable {

    public int num = 3;
    public Str str = new Str();

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "A{" +
                "num=" + num +
                ", str='" + str + '\'' +
                '}';
    }
    private class Str{
        private String str = "abc";
    }
}

//测试类A的clone()方法
public class Test {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        A a = new A();
        A aclone =(A) a.clone();
        System.out.println(a);
        System.out.println(aclone);
        System.out.println(a==aclone);
        System.out.println(a.str == aclone.str);
    }
}

输出结果：

A{num=3, str='ABC'}
A{num=3, str='ABC'}
false
true

可以看出，克隆出的对象与原对象中的变量值一致，但是两个对象的地址并不相同，并不是一个对象的相同引用。 还能发现两个对象的str变量的地址是相同的，就明白这两个str对象的引用地址相同，是同一个对象。

深克隆

public class A implements Cloneable {

    public int num = 3;
    public Str str = new Str();

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        A clone = (A) super.clone();
        clone.str = new Str();
        return clone;
        //return super.clone();
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "A{" +
                "num=" + num +
                ", str='" + str + '\'' +
                '}';
    }

    private class Str {
        private String str = "abc";
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        A a = new A();
        A aclone =(A) a.clone();
        System.out.println(a);
        System.out.println(aclone);
        System.out.println(a==aclone);
        System.out.println(a.str == aclone.str);
    }
}

输出结果：

A{num=3, str='ABC'}
A{num=3, str='ABC'}
false
false

这里与前面不同的是，原对象和克隆出的对象的str变量不再相等，不是同一个引用地址了。

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参考

• Java中的clone

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• 本文作者： xczll
• 本文链接： https://xczllgit.github.io/2020/03/09/designPattern/2020-03-09-ProtypePattern/
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