创建式：原型模式

1 基本介绍

​ 原型模式大概是：创建一个原型对象，再通过复制这个原型对象来创建更多同类型的对象

​ 工作原理很简单：将一个原型对象传给那个要发动创建的对象，这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝自己来实现创建过程。

​ 通过克隆方法所创建的对象是全新的对象，它们在内存中拥有新的地址，通常对克隆所产生的对象进行修改对原型对象不会造成任何影响，每一个克隆对象都是相互独立的

​

2 设计分析

2.1 栗子

​ 使用原型模式来实现工作周报的快速创建

package DesignPatterns.JavaDesign.Prototype;

public class Test {
    public static void main(String args[]) {
        WeeklyLog log_previous = new WeeklyLog();
        //创建原型对象
        log_previous.setName("张无忌");
        log_previous.setDate("第12周");
        log_previous.setContent("这周工作很忙，每天加班！");
        System.out.println("****周报****");
        System.out.println("周次：" + log_previous.getDate());
        System.out.println("姓名：" + log_previous.getName());
        System.out.println("内容：" + log_previous.getContent());
        System.out.println("--------------------------------");
        WeeklyLog log_new;
        log_new = log_previous.clone(); //调用克隆方法创建克隆对象
        log_new.setDate("第13周");
        System.out.println("****周报****");
        System.out.println("周次：" + log_new.getDate());
        System.out.println("姓名：" + log_new.getName());
        System.out.println("内容：" + log_new.getContent());
        System.out.println(log_previous == log_new);
        System.out.println(log_previous.getDate() == log_new.getDate());
        System.out.println(log_previous.getName() == log_new.getName());
        System.out.println(log_previous.getContent() == log_new.getContent());
    }
}
class WeeklyLog implements Cloneable {
    private String name;
    private String date;
    private String content;
    public void setName(String name) { this.name = name; }
    public void setDate(String date) { this.date = date; }
    public void setContent(String content) { this.content = content; }
    public String getName() { return (this.name); }
    public String getDate() {return (this.date); }
    public String getContent() { return (this.content); }
    //克隆方法clone()，此处使用Java语言提供的克隆机制
    public WeeklyLog clone() {
        Object obj = null;
        try { obj = super.clone();
            return (WeeklyLog)obj;
        }catch(CloneNotSupportedException e) {
            System.out.println("不支持复制！");
            return null;
        }
    }
}

2.2 浅拷贝与深拷贝

浅拷贝

​ 在浅克隆中：

• 如果原型对象的成员变量是值类型，将复制一份给克隆对象；
• 如果原型对象的 成员变量是引用类型，则将引用对象的地址复制一份给克隆对象，也就是说原型对象和克隆对象的成员变量指向相同的内存地址。

深拷贝

​ 在深克隆中，无论原型对象的成员变量是值类型还是引用类型，都将复制一份给克隆对象，深克隆将原型对象的所有引用对象也复制一份给克隆对象

2.3 原型管理器

​ 原型管理器(Prototype Manager)是将多个原型对象存储在一个集合中供客户端使用，它是一个专门负责克隆对象的工厂，其中定义了一个集合用于存储原型对象，如果需要某个原型对象的一个克隆，可以通过复制集合中对应的原型对象来获得。

​ 下面模拟一个简单的公文管理器来介绍原型管理器的设计与实现

代码如下

package DesignPatterns.JavaDesign.Prototype;

import java.util.Hashtable;

public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        //获取原型管理器对象
        PrototypeManager pm = PrototypeManager.getPrototypeManager();
        OfficialDocument doc1,doc2,doc3,doc4;
        doc1 = pm.getOfficialDocument("far"); doc1.display();
        doc2 = pm.getOfficialDocument("far"); doc2.display();
        System.out.println(doc1 == doc2);
        doc3 = pm.getOfficialDocument("srs");
        doc3.display();
        doc4 = pm.getOfficialDocument("srs");
        doc4.display();
        System.out.println(doc3 == doc4);
    }
}

//抽象公文接口，也可定义为抽象类，提供clone()方法的实现，将业务方法声明为抽象方法
interface OfficialDocument extends Cloneable {
    public OfficialDocument clone();
    public void display();
}
//可行性分析报告(Feasibility Analysis Report)类
class FAR implements OfficialDocument {
    public OfficialDocument clone() {
        OfficialDocument far = null;
        try {
            far = (OfficialDocument) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            System.out.println("不支持复制！");
        }
        return far;
    }
    public void display() {
        System.out.println("《可行性分析报告》");
    }
}

//软件需求规格说明书(Software Requirements Specification)类
class SRS implements OfficialDocument {
    public OfficialDocument clone() {
        OfficialDocument srs = null;
        try {
            srs = (OfficialDocument)super.clone();
        }catch(CloneNotSupportedException e) {
            System.out.println("不支持复制！");
        }
        return srs;
    }
    public void display() {
        System.out.println("《软件需求规格说明书》");
    }
}

//原型管理器（使用饿汉式单例实现）
class PrototypeManager {
    //定义一个Hashtable，用于存储原型对象
    private Hashtable ht=new Hashtable();
    private static PrototypeManager pm = new PrototypeManager();
    //为Hashtable增加公文对象
    private PrototypeManager() {
        ht.put("far",new FAR());
        ht.put("srs",new SRS());
    }
    //增加新的公文对象
    public void addOfficialDocument(String key,OfficialDocument doc) {
        ht.put(key,doc);
    }
    //通过浅克隆获取新的公文对象
    public OfficialDocument getOfficialDocument(String key) {
        return ((OfficialDocument)ht.get(key)).clone();
    }
    public static PrototypeManager getPrototypeManager() {
        return pm;
    }
}

​ 在PrototypeManager中定义了一个Hashtable类型的集合对象，使用“键值对”来存储原型对象，客户端可以通过Key（如“far”或“srs”）来获取对应原型对象的克隆对象。

3 总结

优缺点分析

优点：

1. 通过复制一个已有实例可以提高新实例的创建效率
2. 扩展性较好，由于在原型模式中提供了抽象原型类，在客户端可以针对抽象原型类进行编程，而将具体原型类写在配置文件中，增加或减少产品类对原有系统都没有任何影响
3. 可以使用深克隆的方式保存对象的状态

缺点：

1. 需要为每一个类配备一个克隆方法，而且该克隆方法位于一个类的内部，当对已有的类进行改造时，需要修改源代码，违背了“开闭原则
2. 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的嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支持深克隆，实现起来可能会比较麻烦。

适用场景

1. 创建新对象成本较大，新的对象可以通过原型模式对已有对象进行复制来获得，如果是相似对象，则可以对其成员变量稍作修改。
2. 如果系统要保存对象的状态，而对象的状态变化很小，或者对象本身占用内存较少时，可以使用原型模式配合备忘录模式来实现。
3. 需要避免使用分层次的工厂类来创建分层次的对象，并且类的实例对象只有一个或很少的几个组合状态