【源码分析设计模式 4】JDK中的原型模式

一、基本介绍

原型（Prototype）模式是一种对象创建型模式，他采取复制原型对象的方法来创建对象的实例。使用原型模式创建的实例，具有与原型一样的数据。

原型模式的实现主要是利用sun公司提供的克隆机制来实现的，在Object这个类中有一个clone方法，这个方法是用protected方法修饰的，所有普通的java类要想具备克隆能力必须去重写这个clone方法，我们可以把这个方法封装到一个抽象类里，想要具备克隆能力就去继承这个抽象类Cloneable。

二、原型模式的特点

1、由原型对象自身创建目标对象。也就是说，对象创建这一动作发自原型对象本身。

2、目标对象是原型对象的一个克隆。也就是说，通过原型模式创建的对象，不仅仅与原型对象具有相同的结构，还与原型对象具有相同的值。

3、根据对象克隆深度层次的不同，有浅度克隆与深度克隆。

三、优缺点

1、优点

（1）减少内存消耗，系统资源占用少，所有实例共享同一个方法，不会创建多个。

（2）原型对象继承时，子类在重写父类原型方法时很方便，可以调用父类方法，再扩展。

2、缺点

优点（1）既是最大的优点，也同样带来了一个严重的问题，如果共享的对象是引用对象（如array）则也会造成多个实例共享同一个array，很可能会相互影响。

四、原型模式的使用场景

1、在创建对象的时候，我们不只是希望被创建的对象继承其基类的基本结构，还希望继承原型对象的数据。
2、希望对目标对象的修改不影响既有的原型对象（深度克隆的时候可以完全互不影响）。
3、隐藏克隆操作的细节，很多时候，对对象本身的克隆需要涉及到类本身的数据细节。
4、类初始化需要消耗非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等。
5、通过new产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，则可以使用原型模式；
6、一个对象需要提供给其它对象访问，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。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。原型模式先产生一个包含大量共有信息的类，然后可以拷贝出副本，修正细节消息，建立了一个完整的个性对象。

五、浅拷贝和深拷贝

浅拷贝只复制指向某个对象的指针，而不是复制对象本身，新旧对象还是共享同一块内存。

深拷贝会另外创建一个一模一样的对象，新对象跟原对象不共享内存，修改新对象不会改到原对象。 

1、浅拷贝代码实例

package designMode.advance.prototype;

public class Sheep implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;
    private String color;
    private String address = "蒙古羊";
    public Sheep friend; //是对象, 克隆是会如何处理
    public Sheep(String name, int age, String color) {
        super();
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public String getColor() {
        return color;
    }
    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + ", address=" + address + "]";
    }

    //克隆该实例，使用默认的clone方法来完成
    @Override
    protected Object clone()  {
        Sheep sheep = null;
        try {
            sheep = (Sheep)super.clone();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        return sheep;
    }
}

package designMode.advance.prototype;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("原型模式完成对象的创建");
        Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
        sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");
        Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
        Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
        Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
        Sheep sheep5 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
        System.out.println("sheep2 =" + sheep2 + "sheep2.friend=" + sheep2.friend.hashCode());
        System.out.println("sheep3 =" + sheep3 + "sheep3.friend=" + sheep3.friend.hashCode());
        System.out.println("sheep4 =" + sheep4 + "sheep4.friend=" + sheep4.friend.hashCode());
        System.out.println("sheep5 =" + sheep5 + "sheep5.friend=" + sheep5.friend.hashCode());
    }
}

2、深拷贝代码实例

package designMode.advance.prototype;

import java.io.Serializable;

public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String cloneName;
    private String cloneClass;
    //构造器
    public DeepCloneableTarget(String cloneName, String cloneClass) {
        this.cloneName = cloneName;
        this.cloneClass = cloneClass;
    }

    //因为该类的属性，都是String , 因此我们这里使用默认的clone完成即可
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

package designMode.advance.prototype;

import java.io.*;

public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable {
    public String name; //String 属性
    public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用类型
    public DeepProtoType() {
        super();
    }
    //深拷贝 - 通过对象的序列化实现 (推荐)
    public Object deepClone() {
        //创建流对象
        ByteArrayOutputStream bos = null;
        ObjectOutputStream oos = null;
        ByteArrayInputStream bis = null;
        ObjectInputStream ois = null;
        try {
            //序列化
            bos = new ByteArrayOutputStream();
            oos = new ObjectOutputStream(bos);
            oos.writeObject(this); //当前这个对象以对象流的方式输出

            //反序列化
            bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ois = new ObjectInputStream(bis);
            DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType)ois.readObject();

            return copyObj;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        } finally {
            //关闭流
            try {
                bos.close();
                oos.close();
                bis.close();
                ois.close();
            } catch (Exception e2) {
                System.out.println(e2.getMessage());
            }
        }
    }
}

package designMode.advance.prototype;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        DeepProtoType p = new DeepProtoType();
        p.name = "宋江";
        p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛");

        //深拷贝
        DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.deepClone();

        System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
        System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
    }
}

六、JDK中的原型模式

原型模式的本质是拷贝原型来创建新的对象，拷贝是比new更快的创建对象方法，当需要大批量创建新对象而且都是同一个类的对象的时候可以考虑原型模式。但要注意一般的克隆只是浅克隆（浅克隆：只是对象的hash值不一样，但是对象里面的对象成员变量的hash值是一样的）有些场景可能需要深克隆，这时我们就需要重写clone方法，以ArrayList为例：