7.原型模式-Prototype

初识原型模式

定义

​ 用原型实例指定创建对象的种类，并通过拷贝这些原型创建新的对象。

结构和说明

Prototype：声明一个克隆自身的接口，用来约束想要克隆自己的类，要求它们都要实现这里定义的克隆方法。

ConcretePrototype：实现Prototype接口的类，这些类真正实现克隆自身的功能

Client：使用原型的客户端，首先要获取到原型实例对象，然后通过原型实例克隆自身来创建新的对象实例。

Prototype类需要具备以下两个条件：

　　​ 实现Cloneable接口。它的作用只有一个，就是在运行时通知虚拟机可以安全地在实现了此接口的类上使用clone方法。在java虚拟机中，只有实现了这个接口的类才可以被拷贝，否则在运行时会抛出CloneNotSupportedException异常。​

　　重写Object类中的clone方法。Java中，所有类的父类都是Object类，Object类中有一个clone方法，作用是返回对象的一个拷贝，但是其作用域protected类型的，一般的类无法调用，因此，Prototype类需要将clone方法的作用域修改为public类型。

​  　　原型模式是一种比较简单的模式，也非常容易理解，实现一个接口，重写一个方法即完成了原型模式。在实际应用中，原型模式很少单独出现。经常与其他模式混用，他的原型类Prototype也常用抽象类来替代。

体会原型模式

订单处理系统​ 考虑这样一个实际应用：订单处理系统。​ 现在有一个订单处理的系统，里面有个保存订单的业务功能，在这个业务功能里面，客户有这么一个需求：每当订单的预定产品数量超过1000的时候，就需要把订单拆成两份订单来保存，如果拆成两份订单后，还是超过1000，那就继续拆分，直到每份订单的预定产品数量不超过1000。至于为什么要拆分，原因是好进行订单的后续处理，后续是由人工来处理，每个人工工作小组的处理能力上限是1000。

​ 根据业务，目前的订单类型被分成两种：一种是个人订单，一种是公司订单。现在想要实现一个通用的订单处理系统，也就是说，不管具体是什么类型的订单，都要能够正常的处理。该怎么实现呢？

​ 不用模式的解决方案--看代码

​ 存在的问题

​ 仔细想想，真的没有关心订单的类型和具体实现吗？答案是“否定的”。事实上在实现订单处理的时候，上面的实现是按照订单的类型和具体实现来处理的，就是instanceof的那一段。有朋友可能会问，这样实现有何不可吗？这样的实现有如下几个问题

(1)既然想要实现通用的订单处理，那么对于订单处理的实现对象，是不应该知道订单的具体实现的，更不应该依赖订单的具体实现。但是上面的实现中，很明显订单处理的对象依赖了订单的具体实现对象。

(2)这种实现方式另外一个问题就是：难以扩展新的订单类型。假如现在要加入一个大客户专用订单的类型，那么就需要修改订单处理的对象，要在里面添加对新的订单类型的支持，这算哪门子的通用处理。​ 因此，上面的实现是不太好的，把上面的问题再抽象描述一下：已经有了某个对象实例后，如何能够快速简单地创建出更多的这种对象？

使用模式的解决方案

理解原型模式

认识原型模式

1：原型模式的功能原型模式的功能实际上包含两个方面：

(1)一个是通过克隆来创建新的对象实例

(2)另一个是为克隆出来的新的对象实例复制原型实例属性的值 原型模式要实现的主要功能就是：通过克隆来创建新的对象实例。一般来讲，新创建出来的实例的数据是和原型实例一样的。但是具体如何实现克隆，需要由程序自行实现，原型模式并没有统一的要求和实现算法。

2：原型与new​ 原型模式从某种意义上说，就像是new操作，在前面的例子实现中，克隆方法就是使用new来实现的，但请注意，只是“类似于new”而不是“就是new”。克隆方法和new操作最明显的不同就在于：new一个对象实例，一般属性是没有值的，或者是只有默认值；如果是克隆得到的一个实例，通常属性是有值的，属性的值就是原型对象实例在克隆的时候，原型对象实例的属性的值。

3：原型实例和克隆的实例​ 原型实例和克隆出来的实例，本质上是不同的实例，克隆完成后，它们之间是没有关联的，如果克隆完成后，克隆出来的实例的属性的值发生了改变，是不会影响到原型实例的。

4：原型模式的调用顺序示意图

Java中的克隆方法 在Java语言中已经提供了clone方法，定义在Object类中。需要克隆功能的类，只需要实现java.lang.Cloneable接口，这个接口没有需要实现的方法，是一个标识接口。

浅度克隆和深度克隆

什么是浅度克隆？什么是深度克隆呢？简单地解释一下：

(1)浅度克隆：只负责克隆按值传递的数据（比如：基本数据类型、String类型）

(2)深度克隆：除了浅度克隆要克隆的值外，还负责克隆引用类型的数据，基本上就是被克隆实例所有的属性的数据都会被克隆出来.

​ 深度克隆还有一个特点，如果被克隆的对象里面的属性数据是引用类型，也就是属性的类型也是对象，那么需要一直递归的克隆下去。这也意味着，要想深度克隆成功，必须要整个克隆所涉及的对象都要正确实现克隆方法，如果其中有一个没有正确实现克隆，那么就会导致克隆失败。

原型管理器

​ 如果一个系统中原型的数目不固定，比如系统中的原型可以被动态的创建和销毁，那么就需要在系统中维护一个当前可用的原型的注册表，这个注册表就被称为原型管理器。 其实如果把原型当成一个资源的话，原型管理器就相当于一个资源管理器，在系统开始运行的时候初始化，然后运行期间可以动态的添加资源和销毁资源。从这个角度看，原型管理器就可以相当于一个缓存资源的实现，只不过里面缓存和管理的是原型实例而已。

​ 有了原型管理器过后，一般情况下，除了向原型管理器里面添加原型对象的时候是通过new来创造的对象，其余时候都是通过向原型管理器来请求原型实例，然后通过克隆方法来获取新的对象实例，这就可以实现动态管理、或者动态切换具体的实现对象实例。

原型模式的优缺点

1：对客户端隐藏具体的实现类型

2：在运行时动态改变具体的实现类型

3：深度克隆方法实现会比较困难

​

思考原型模式

原型模式的本质

原型模式的本质是：克隆生成对象

何时选用原型模式

1：如果一个系统想要独立于它想要使用的对象时，可以使用原型模式，让系统只面向接口编程，在系统需要新的对象的时候，可以通过克隆原型来得到

2：如果需要实例化的类是在运行时刻动态指定时，可以使用原型模式，通过克隆原型来得到需要的实例

​ 使用原型模式创建对象比直接new一个对象在性能上要好的多，因为Object类的clone方法是一个本地方法，

（protected native Object clone()）它直接操作内存中的二进制流，特别是复制大对象时，性能的差别非常明显。

​ 使用原型模式的另一个好处是简化对象的创建，使得创建对象就像我们在编辑文档时的复制粘贴一样简单。

因为以上优点，所以在需要重复地创建相似对象时可以考虑使用原型模式。比如需要在一个循环体内创建对象，假如对象创建过程比较复杂或者循环次数很多的话，使用原型模式不但可以简化创建过程，而且可以使系统的整体性能提高很多。

原型模式的注意事项

​ 使用原型模式复制对象不会调用类的构造方法。因为对象的复制是通过调用Object类的clone方法来完成的，它直接在内存中复制数据，因此不会调用到类的构造方法。不但构造方法中的代码不会执行，甚至连访问权限都对原型模式无效。还记得单例模式吗？单例模式中，只要将构造方法的访问权限设置为private型，就可以实现单例。但是clone方法直接无视构造方法的权限，所以，单例模式与原型模式是冲突的，在使用时要特别注意。

​ 深拷贝与浅拷贝。Object类的clone方法只会拷贝对象中的基本的数据类型，对于数组、容器对象、引用对象等都不会拷贝，这就是浅拷贝。如果要实现深拷贝，必须将原型模式中的数组、容器对象、引用对象等另行拷贝。

由于ArrayList不是基本类型，所以成员变量list，不会被拷贝，需要我们自己实现深拷贝，幸运的是java提供的大部分的容器类都实现了Cloneable接口。所以实现深拷贝并不是特别困难。

​ PS：深拷贝与浅拷贝问题中，会发生深拷贝的有java中的8中基本类型以及他们的封装类型，另外还有String类型。其余的都是浅拷贝。

代码地址： https://gitee.com/weixiaotao1992/DesignPatternsForJava