设计模式学习（九）原型模式

介绍

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被创建。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。

类图说明

原型模式的类图比较简单，其实就是实现Cloneable接口，然后覆写一个clone()方法，来实现对象的克隆。Cloneable是一个空接口，来标记该对象是可拷贝的，clone()方法由Object提供，它是所有对象的祖宗，所有直接覆写即可。再回到我们本场景中，我们还是用车的例子，定义了一个宝马车对象，该对象有name，type，color三个属性，提供一个color和type的构造方法，作为定义一个克隆源对象，然后覆盖clone()方法，返回克隆对象。定义一个PrototypePattern对象来调用克隆生产宝马车。

代码示例

文件结构如下：

示例代码如下：

package prototype_pattern;

public class BMW implements Cloneable{
    
    
    private String name;
    private String color;
    private String type;


    public BMW(String color, String type) {
    
    
        this.color = color;
        this.type = type;
    }

    public String getColor() {
    
    
        return color;
    }

    public void setColor(String color) {
    
    
        this.color = color;
    }

    public String getType() {
    
    
        return type;
    }

    public void setType(String type) {
    
    
        this.type = type;
    }

    public String getName() {
    
    
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
    
    
        this.name = name;
    }

    @Override
    protected BMW clone() {
    
    
        BMW obj = null;

        try{
    
    
            System.out.println("开始克隆...");
            obj = (BMW) super.clone();
            System.out.println("克隆成功...");
        }catch (CloneNotSupportedException e){
    
    
            e.printStackTrace();
        }

        return obj;

    }

    @Override
    public String toString() {
    
    
        return "BMW{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", color='" + color + '\'' +
                ", type='" + type + '\'' +
                '}';
    }
}

package prototype_pattern;

public class PrototypePattern {
    
    

    public static void main(String[] args){
    
    
        // 定义一个被克隆对象，颜色为黄色，类型为高端
        BMW bmw = new BMW("黄色","高端");
        
        // 根据已经定义好的颜色和车型，开始克隆，并定义名字
        BMW clone1 = bmw.clone();
        clone1.setName("宝马车1");
        System.out.println(clone1.toString());

        BMW clone2 = bmw.clone();
        clone2.setName("宝马车2");
        System.out.println(clone2.toString());

    }
}

运行结果如下：

应用场景

• 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，为啥能优化性能，下面有点介绍
• 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。原型模式已经与 Java 融为浑然一体，大家可以随手拿来使用

优缺点

优点

• 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
• 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。

缺点

• 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。

拓展

原型模式虽然很简单，但是在Java中使用原型模式也就是clone方法还是有一些注意事项的。

1、构造函数不会被执行
读者可以自己写一个类，然后实现cloneable接口，然后覆写clone方法，定义一个构造方法，输出日志观察，会发现构造方法在调用clone方法的时候不做日志的输出。原因是Object类的clone方法的原理是从内存中（具体地说就是堆内存）以二进制流的方式进行拷贝，重新分配一个内存块，所以构造函数是不被执行的。

2、浅拷贝和深拷贝
浅拷贝：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（int、long、char等基本类型除外），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。例子如下：

深拷贝：将对象内部的数组、引用对象等进行独立的拷贝，就是深拷贝，例子如下，添加了arrayList.clone()的单独拷贝。

3、clone与final两个冤家
这两个关键字是冲突的，不可一起使用。