java原型模式詳解

         定義：用原型實例指定創建對象的種類，並通過拷貝這些原型創建新的對象。

        類型：創建類模式。

        類圖： 

         原型模式主要用於對象的複製，它的核心是就是類圖中的原型類Prototype。Prototype類需要具備以下兩個條件：

        實現Cloneable接口。在java語言有一個Cloneable接口，它的作用只有一個，就是在運行時通知虛擬機可以安全地在實現了此接口的類上使用clone方法。在java虛擬機中，只有實現了這個接口的類纔可以被拷貝，否則在運行時會拋出CloneNotSupportedException異常。

        重寫Object類中的clone方法。Java中，所有類的父類都是Object類，Object類中有一個clone方法，作用是返回對象的一個拷貝，但是其作用域protected類型的，一般的類無法調用，因此，Prototype類需要將clone方法的作用域修改爲public類型。

        原型模式是一種比較簡單的模式，也非常容易理解，實現一個接口，重寫一個方法即完成了原型模式。在實際應用中，原型模式很少單獨出現。經常與其他模式混用，他的原型類Prototype也常用抽象類來替代。

        實現代碼： 

package com.zq.designpattern.prototype;


import java.util.ArrayList;

/**
 * Created by zhengshouzi on 2015/10/22.
 */
//實現了cloneable接口只是淺拷貝而已，深拷貝需要自己實現
public class Prototype  implements Cloneable{

    @Override
    protected Prototype clone() {
        Prototype prototype=null;
        try {
            prototype= (Prototype)super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return prototype;
    }
}
class ConcretePrototype extends Prototype{

    public void show(){
        System.out.println("原型實現類"+this);
    }
}

//深拷貝實現，
 class ConcreteProtype1  implements Cloneable{

     ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<>();
     String name ="張三";
     public void add(String string){
         arrayList.add(string);
     }
    @Override
    protected ConcreteProtype1 clone() {
        ConcreteProtype1 prototype=null;

        try {
            prototype= (ConcreteProtype1)super.clone();
            //取消掉註釋和打開註釋，又不一樣的效果，一個是深拷貝，一個是淺拷貝
            //prototype.arrayList = (ArrayList<String>)this.arrayList.clone();

        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return prototype;
    }

     @Override
     public String toString() {
         return "ConcreteProtype1{" +
                 "arrayList=" + arrayList +
                 ", name='" + name + '\'' +
                 '}';
     }
 }

class Client{
    public static void main(String[] args) 
//淺拷貝
        ConcretePrototype concretePrototype = new ConcretePrototype();
        for (int i=0;i<3;i++){
            ConcretePrototype clonecp = (ConcretePrototype) concretePrototype.clone();
            clonecp.show();
        }
//深拷貝
        ConcreteProtype1 concreteProtype1 = new ConcreteProtype1();
        concreteProtype1.add("zhengqiang");
        concreteProtype1.add("zhengqiang3");
        concreteProtype1.add("zhengqian4");

        System.out.println(concreteProtype1.toString());
        for (int i=0;i<3;i++){
            ConcreteProtype1 clonecp = (ConcreteProtype1) concreteProtype1.clone();
            clonecp.add(i + " ");
            System.out.println(clonecp.toString());
        }
        System.out.println(concreteProtype1.toString());

    }
}

取消掉arraylist註釋(實現了深拷貝，拷貝的整個對象)結果如下

打印出的arraylist是新的對象，

不取消arraylist前面的註釋（默認是淺拷貝，只是拷貝了arraylist的應用，所有拷貝的對象和源對象共用一個arraylist）

         原型模式的優點及適用場景：

        使用原型模式創建對象比直接new一個對象在性能上要好的多，因爲Object類的clone方法是一個本地方法，它直接操作內存中的二進制流，特別是複製大對象時，性能的差別非常明顯。

        使用原型模式的另一個好處是簡化對象的創建，使得創建對象就像我們在編輯文檔時的複製粘貼一樣簡單。

        因爲以上優點，所以在需要重複地創建相似對象時可以考慮使用原型模式。比如需要在一個循環體內創建對象，假如對象創建過程比較複雜或者循環次數很多的話，使用原型模式不但可以簡化創建過程，而且可以使系統的整體性能提高很多。

        原型模式的注意事項：

        使用原型模式複製對象不會調用類的構造方法。因爲對象的複製是通過調用Object類的clone方法來完成的，它直接在內存中複製數據，因此不會調用到類的構造方法。不但構造方法中的代碼不會執行，甚至連訪問權限都對原型模式無效。還記得單例模式嗎？單例模式中，只要將構造方法的訪問權限設置爲private型，就可以實現單例。但是clone方法直接無視構造方法的權限，所以，單例模式與原型模式是衝突的，在使用時要特別注意。

        深拷貝與淺拷貝。Object類的clone方法只會拷貝對象中的基本的數據類型，對於數組、容器對象、引用對象等都不會拷貝，這就是淺拷貝。如果要實現深拷貝，必須將原型模式中的數組、容器對象、引用對象等另行拷貝。

         由於ArrayList不是基本類型，所以成員變量list，不會被拷貝，需要我們自己實現深拷貝，幸運的是java提供的大部分的容器類都實現了Cloneable接口。所以實現深拷貝並不是特別困難。

        PS：深拷貝與淺拷貝問題中，會發生深拷貝的有java中的8種基本類型以及他們的封裝類型，另外還有String類型。其餘的都是淺拷貝（對對象類是都只拷貝一份應用，所有的拷貝對象和源對象共用一個對象）。