Java设计模式-原型模式

原型模式（Prototype）

原型模式属于对象的创建模式。通过给出一个原型对象来指明所有创建的对象的类型，然后用复制这个原型对象的办法创建更多同类型的对象。这就是原型模式的用意。

原型模式的结构

原型模式要求对象实现一个可以“克隆”自身的接口，这样就可以通过复制一个实例对象本身来创建一个新的实例。这样一来，通过原型实例创建新的对象，就不再需要关心这个实例本身的类型，只要实现了克隆自身的方法，就可以通过这个方法来获取新的对象，而无需再去通过new来创建。

原型模式又两种表现形式：（1）简单形式（2）登记形式，这两种表现形式仅仅是原型模式的不同实现。

简单形式的原型模式

这种形式涉及到三个角色：

1. 客户（Client）角色：客户类提出创建对象的请求。
2. 抽象原型（Prototype）角色：这是一个抽象角色，通常由一个Java接口或Java抽象类实现。此角色给出所有的具体原型类所需的接口。
3. 具体原型（Concrete Prototype）角色：被复制的对象。此角色需要实现抽象的原型角色所要求的接口。

源代码

抽象原型角色：

package com.tutorialspoint;

public interface Prototype {
    /*
     * 克隆自身的方法
     * */
    public Prototype clone();
}

具体原型角色：

package com.tutorialspoint;

public class ConcretePrototype1 implements Prototype {

    @Override
    public Prototype clone()  {
        // TODO Auto-generated method stub
//        return super.clone();
        /*
         * 最简单地克隆，新建一个自身对象，由于没有属性就不再复制值了
         * */
        Prototype prototype = new ConcretePrototype1();
        return prototype;
    }

}

package com.tutorialspoint;

public class ConcretePrototype2 implements Prototype {

    @Override
    public Prototype clone() {
        // TODO Auto-generated method stub
        Prototype prototype = new ConcretePrototype2();
        return prototype;
    }

}

客户端角色：

package com.tutorialspoint;

public class Client {
    //持有需要使用的原型接口对象
    private Prototype prototype;
    
    /*
     * 构造方法，传入需要使用的原型接口对象
     * */
    public Client(Prototype prototype) {
        this.prototype = prototype;
    }
    
    public void operation(Prototype example) {
        //需要创建原型接口的对象
        Prototype copyPrototype = prototype.clone();
    }
}

登记形式的原型模式

作为原型模式的第二种形式，它多了一个原型管理器（PrototypeManager）角色，该角色的作用是：创建具体原型类的对象，并记录每一个被创建的对象。

源代码

抽象原型角色：

package com.tutorialspoint;

public interface Prototype {
    /*
     * 克隆自身的方法
     * */
    public String getName();
    public void setName(String name);
    public Prototype clone();
}

具体原型角色：

package com.tutorialspoint;

public class ConcretePrototype1 implements Prototype {
    private String name;
    @Override
    public Prototype clone()  {
        // TODO Auto-generated method stub
//        return super.clone();
        /*
         * 最简单地克隆，新建一个自身对象，由于没有属性就不再复制值了
         * */
        Prototype prototype = new ConcretePrototype1();
        return prototype;
    }

    @Override
    public String getName() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return name;
    }

    @Override
    public void setName(String name) {
        // TODO Auto-generated method stub
        this.name = name;
    }

}


package com.tutorialspoint;

public class ConcretePrototype2 implements Prototype {
    private String name;
    @Override
    public Prototype clone() {
        // TODO Auto-generated method stub
        Prototype prototype = new ConcretePrototype2();
        return prototype;
    }

    @Override
    public String getName() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return name;
    }

    @Override
    public void setName(String name) {
        // TODO Auto-generated method stub
        this.name = name;
    }

}

原型管理器角色保持一个聚焦，作为对所有原型对象的登记，这个角色提供必要的方法，供外界增加新的原型对象和取得已经登记过的原型对象。

package com.tutorialspoint;
import java.util.Map;
import java.util.HashMap;
public class PrototypeManager {
    /*
     * 用来记录原型的编号和原型实例的对应关系
     * */
    private static Map<String,Prototype> map = new HashMap<>();
    
    /*
     * 私有化构造方法，避免外部创建实例
     * 
     * */
    private PrototypeManager() {
        /*
         *向原型管理器里面添加或是修改某个原型的注册
         * */
    }
    
    public synchronized static void setPrototype(String prototypeId , Prototype prototype) {
        /*
         * 向原型管理器里面添加或是修改某个原型注册
         * @param prototypeId 原型编号
         * @param prototype 原型实例
         * */
        map.put(prototypeId, prototype);
    }
    
    public synchronized static void removePrototype(String prototypeId) {
        map.remove(prototypeId);
    }
    
    public synchronized static Prototype getPrototype(String prototypeId) throws Exception {
        Prototype prototype = map.get(prototypeId);
        if ( prototype == null ) {
            throw new Exception("你希望获取的原型还没有注册或者已被注销");
        }
        return prototype;
    }
}

客户端角色：

public static void main( String[] args ) {
        try {
            Prototype p1 = new ConcretePrototype1();
            PrototypeManager.setPrototype("p1", p1);
            
            //获取原型来创建对象
            Prototype p3 = PrototypeManager.getPrototype("p1").clone();
            p3.setName("张三");
            System.out.println("第一个实例： " + p3);
            
            //有人动态的切换了实现
            Prototype p2 = new ConcretePrototype2();
            PrototypeManager.setPrototype("p2", p2);
            
            //重新获取原型来创建对象
            Prototype p4 = PrototypeManager.getPrototype("p2").clone();
            p4.setName("李四");
            System.out.println("第二个实例： " + p4);
            
            //有人注销了这个原型
            PrototypeManager.removePrototype("p1");
            
            //有人再次获取原型来创建对象
            Prototype p5 = PrototypeManager.getPrototype("p1").clone();
            p5.setName("王五");
            System.out.println("第三个实例： " + p5);
            
        } catch(Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

执行结果：

两种形式的比较

简单形式和登记形式的原型模式各有其长处和短处。

如果需要创建的原型对象数目较少而且比较固定的话，可以采取第一种形式。在这种情况下，原型对象的引用可以由客户端自己保存。

如果需要创建的原型对象数目不固定的话，可以采取第二种形式。在这种情况下，客户端不保存对原型对象的引用，这个任务被交给原型管理员对象，在复制一个原型对象之前，客户端可以查看管理员对象是否已经有一个满足要求的原型对象。如果有，可以直接从管理员类取得这个对象的引用。如果没有，客户端就需要自行复制此原型对象。

原型模式的优点

原型模式允许在运行时动态改变具体的实现类型。原型模式可以在运行期间，由客户来注册符合原型接口的实现类型，也可以动态地改变具体的实现类型，看起来接口没有任何变化，但其实运行的已经是另一个类实例了。因为克隆一个原型就类似于实例化一个类。

原型模式的缺点

原型模式最主要的缺点就是每一个类都必须配备一个克隆方法。配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类来说不是很难，而对于已经有的类不一定很容易，特别是当一个类引用不支持序列化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。