代码实验05：设计模式-原型模式（Prototype Pattern）（代号LaB）

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本文脑图

原型模式

原型模式（Prototype Pattern）是一种简单的设计模式。

用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象。

原型模式（Prototype Pattern）是用于创建重复的对象，同时又能保证性能。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

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才能创建。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。

说白了就是以对象实例为原型模板复制新的对象。

包含角色

原型模式包含三个角色。

客户（Client）角色：该角色提出创建对象的请求。
抽象原型（Prototype）角色：该角色是一个抽象角色，通常由一个Java接口或抽象类实现，给出所有的具体原型类所需的接口。
具体原型（Concrete Prototype）角色：该角色是被复制的对象，必须实现抽象原型接口。

Java中内置了克隆机制，Object类具有一个clone()方法，能够实现对象的克隆，使一个类支持克隆需要以下两步。

实现Cloneable接口；
覆盖Object的clone()方法，完成对象的克隆操作，通常只需要调用Object的clone()方法即可。

为了使外部能够调用此类的clone()方法，可以将可访问性修改为public。因此，在Java中实现原型模式非常简单，让抽象原型Prototype接口继承 Cloneable 接口。

// 抽象原型 public interface Prototype extends Cloneable { } // 具体原型 public class ConcretePrototype implements Prototype { @Override public Object clone() throws CloneNotSupportedException { return super.clone(); } } // 客户角色 public class Client { public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException { // 创建一个具体的原型模板对象 ConcretePrototype obj = new ConcretePrototype(); // 以该原型对象进行克隆 Object clone = obj.clone(); System.out.println(clone instanceof Prototype); } }

原型模式可以分为两种形式：深拷贝和浅拷贝。

深拷贝：当一个类的拷贝方法，不仅要复制对象的所有非引用成员变量值，还要为引用类型的成员变量创建新的实例，并且初始化为形式参数实例值。这个方式称为深拷贝。也就是说浅拷贝只复制一个对象，传递引用，不能复制实例。而深拷贝对对象内部的引用均复制，它是创建一个新的实例，并且复制实例。对于浅拷贝当对象的成员变量是基本数据类型时，两个对象的成员变量已有存储空间，赋值运算传递值，所以浅拷贝能够复制实例。但是当对象的成员变量是引用数据类型时，就不能实现对象的复制了。

原型模式的应用

我们先来看看原型模式的优缺点。

优点

性能优良：原型模式是在内存二进制流的复制，要比直接new一个对象性能好，特别是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。
逃避构造函数的约束：这既是优点也是缺点，直接在内存中复制，构造函数是不会执行的，因此减少了约束，需要在实际应用时进行权衡考虑。

缺点

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。
必须实现 Cloneable 接口。
在实现深克隆时需要编写较为复杂的代码。

使用场景

资源优化场景。
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。
性能和安全要求的场景。
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。
一个对象多个修改者的场景。
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。
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。

在框架中的应用实例

原型模式应用于很多软件中，如果每次创建一个对象要花大量时间，原型模式是最好的解决方案。很多软件提供的复制(Ctrl C)和粘贴(Ctrl V)操作就是原型模式的应用，复制得到的对象与原型对象是两个类型相同但内存地址不同的对象，通过原型模式可以大大提高对象的创建效率。
在Struts2中为了保证线程的安全性，Action对象的创建使用了原型模式，访问一个已经存在的Action对象时将通过克隆的方式创建出一个新的对象，从而保证其中定义的变量无须进行加锁实现同步，每一个Action中都有自己的成员变量，避免Struts1因使用单例模式而导致的并发和同步问题。
在Spring中，用户也可以采用原型模式来创建新的Bean实例，从而实现每次获取的是通过克隆生成的新实例，对其进行修改时对原有实例对象不造成任何影响。在每次使用对象之前，都会创建一个新的对象，并且会将依赖关系完整的赋值给这个新创建的对象。这样有利于节省系统资源，还可以更好地对原型管理器对象进行控制。

原型模式示例

使用原型模式模拟一个克隆邮件群发的实例。

@Data public class Mail implements Cloneable { public Mail(String subject, String context) { this.subject = subject; this.context = context; } // 收件人 private String receiver; // 主题 private String subject; // 称呼 private String appellation; // 邮件内容 private String context; // 邮件的尾部 private String tail; @Override public Mail clone() throws CloneNotSupportedException { return (Mail) super.clone(); } } // 上述代码中，Mail类实现Cloneable接口，并实现了clone()方法，该方法是实现原型模式的关键，只有实现clone()方法，在应用中才能对Mail进行复制克隆。 public class MailClient { public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException { Mail mail = new Mail("某商城春节抽奖活动", "春节抽奖通知：凡在春节期间在本商场购物满100元即可获得抽奖机会"); mail.setTail("本活动解析权归商城所有"); // 模拟发送给商城的所有用户，这里模拟5个 for (int i = 0; i < 5; i ) { Mail cloneMail = mail.clone(); // 设置收件人和称呼，实际是从数据库获取的 cloneMail.setReceiver("zhangsan" i "@123.com"); cloneMail.setReceiver("zhangsan" i " 先生（女士）"); sendMail(cloneMail); } } public static void sendMail(Mail mail) { System.out.println("标题：" mail.getSubject() " 收件人：" mail.getReceiver() " 发送成功"); } }

原型模式的分享介绍到这里就介绍完了，至此，创建型的所有设计模式全部介绍完了，我们可以了解到：

单例模式（Singleton）一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例；单例模式减少内存开支，避免对资源的多重占用，优化和共享源访问；但单例模式扩展难，不易测试；
工厂方法模式（Factory Method）定义一个创建产品对象的工厂接口，将实际创建工作推迟到子类中；
抽象工厂模式（Abstract Factory）是工厂方法的升级，为创建一组相关或相互依赖的对象提供一个接口，而且无须指定它们的具体类；
建造者模式（Builder）也叫生成器模式，将一个复杂对象的构建与其表示分类，使得同样的构建过程可以创建不同的表示；
原型模式（Prototype）用原型实例指定创建对象的种类，并通过复制这些原型创建新的对象。

接下来进入结构型模式。