原型模式

原型（Prototype）模式的定义如下：用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象。在这里，原型实例指定了要创建的对象的种类。

1、实现克隆操作，在 JAVA 继承 Cloneable，重写 clone()或通过序列化的方式来实现深拷贝。
2、原型模式同样用于隔离类对象的使用者和具体类型（易变类）之间的耦合关系，它同样要求这些”易变类”拥有稳定的接口。

原型模式的结构

原型模式包含以下主要角色：

• 抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的接口。
• 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。
• 访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。

interface ProtoType{
    ProtoType clone();
}

class ConcreteProtoType implements ProtoType{

    @Override
    public ProtoType clone() {
        //克隆操作
    }
}

class Client{
    public static void main(String[] args) {
        ConcreteProtoType obj = new ConcreteProtoType();
        ConcreteProtoType objVlone = (ConcreteProtoType) obj.clone();
    }
}

原型模式实现

原型模式的克隆分为浅拷贝和深拷贝。
浅拷贝：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于引用类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。
深拷贝：创建一个新对象，属性中引用类型也会被克隆，不再指向原有对象地址。

浅拷贝

Java 中的 Object 类提供了浅克隆的 clone() 方法，具体原型类只要实现 Cloneable 接口就可实现对象的浅克隆，这里的 Cloneable 接口就是抽象原型类。

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        ConcreteProtoType obj = new ConcreteProtoType("原型", new ConcreteProtoType("引用", null));
        ConcreteProtoType clone = (ConcreteProtoType) obj.clone();

        System.out.println("obj == clone => " + (obj == clone));
        System.out.println("-------------------");
        System.out.println("obj.getQuote() == clone.getQuote() => " + (obj.getQuote() == clone.getQuote()));
    }
}

class ConcreteProtoType implements Cloneable{
    private String name;
    private ConcreteProtoType quote;

    public ConcreteProtoType(String name, ConcreteProtoType quote) {
        this.name = name;
        this.quote = quote;
    }

    public ConcreteProtoType getQuote() {
        return quote;
    }

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

}

输出结果：
obj == clone => false
-------------------
obj.getQuote() == clone.getQuote() => true

可见浅拷贝对象中的引用类型只是拷贝了引用对象的地址，并没有拷贝引用对象。

深拷贝

方式一(使用clone()方法)

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        ConcreteProtoType obj = new ConcreteProtoType("原型", new ConcreteProtoType("引用", null));
        ConcreteProtoType clone = (ConcreteProtoType) obj.clone();

        System.out.println("obj == clone:" + (obj == clone));
        System.out.println("-------------------");
        System.out.println("obj.getQuote() == clone.getQuote():" + (obj.getQuote() == clone.getQuote()));
    }
}

class ConcreteProtoType implements Cloneable{
    private String name;
    private ConcreteProtoType quote;

    public ConcreteProtoType(String name, ConcreteProtoType quote) {
        this.name = name;
        this.quote = quote;
    }

    public ConcreteProtoType getQuote() {
        return quote;
    }

    public void setQuote(ConcreteProtoType quote) {
        this.quote = quote;
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        ConcreteProtoType clone = (ConcreteProtoType) super.clone();
        if (clone.getQuote() != null){
            clone.setQuote((ConcreteProtoType) clone.getQuote().clone());
        }
        return clone;
    }

}

输出结果：
obj == clone => false
-------------------
obj.getQuote() == clone.getQuote() => false

方式二(使用序列化)

public class Client {
    public static void main(String[] args){
        ConcreteProtoType obj = new ConcreteProtoType("原型", new ConcreteProtoType("引用", null));
        ConcreteProtoType clone = (ConcreteProtoType) obj.deepClone();

        System.out.println("obj == clone => " + (obj == clone));
        System.out.println("-------------------");
        System.out.println("obj.getQuote() == clone.getQuote() => " + (obj.getQuote() == clone.getQuote()));
    }
}

class ConcreteProtoType implements Serializable{
    private String name;
    private ConcreteProtoType quote;

    public ConcreteProtoType(String name, ConcreteProtoType quote) {
        this.name = name;
        this.quote = quote;
    }

    public ConcreteProtoType getQuote() {
        return quote;
    }

    public void setQuote(ConcreteProtoType quote) {
        this.quote = quote;
    }

    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);
            //当前这个对象以对象流的方式输出
            oos.writeObject(this);
            //反序列化
            bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ois = new ObjectInputStream(bis);
            return ois.readObject();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
            return null;
        }finally {
            try {
                ois.close();
                bis.close();
                oos.close();
                bos.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

}

输出结果：
obj == clone => false
-------------------
obj.getQuote() == clone.getQuote() => false

原型模式优缺点

原型模式的优点：

• 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。
  原型模式的缺点：
• 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。

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。