2021-04-08

原型模式

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。用这种方式创建对象非常高效，无须知道对象创建的细节。

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。

原型模式简单程度仅次于单例模式和迭代器模式，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。Cloneable 接口只是一个标记作用，在JVM中具有这个标记的对象才有可能被拷贝。

原型模式结构图

原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆

浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。

public class Thing implements Cloneable {
    private ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();
    @Override
    public Thing clone() {
        Thing thing = null;
        try {
            thing = (Thing) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return thing;
    }
}

深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址。

public class Thing implements Cloneable {
    private ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();
    @Override
    public Thing clone() {
        Thing thing = null;
        try {
            thing = (Thing) super.clone();
            thing.arrayList = (ArrayList<String>)this.arrayList.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return thing;
    }
}

对象的clone与对象内的final关键字是有冲突的，要使用clone方法，类的成员变量上不要增加final关键字。

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，特别是要在一
个循环体内产生大量的对象时

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。

逃避构造函数的约束，直接在内存中拷贝，构造函数是不会执行的

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。

应用场景

对象之间相同或相似，即只是个别的几个属性不同的时候

创建对象成本较大，例如初始化时间长，占用CPU太多，或者占用网络资源太多等，需要优化资源

创建一个对象需要繁琐的数据准备或访问权限等，需要提高性能或者提高安全性

系统中大量使用该类对象，且各个调用者都需要给它的属性重新赋值

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

JDK源码中 ArrayList的应用：

public Object clone() {
    try {
        ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();
        v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
        v.modCount = 0;
        return v;
    } catch (CloneNotSupportedException e) {
        // this shouldn't happen, since we are Cloneable
        throw new InternalError(e);
    }
}