三、设计模式之原型模式

定义：用原型实例指定创建实例的种类，并通过拷贝这些原型创建新的对象；

使用场景：

• 类初始化需要消化非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等，通过原型拷贝避免这些消耗；
• 通过 new 产生一个对象需要非常繁琐的数据准备和访问权限时；
• 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，即保护性拷贝；

注意：通过实现Cloneable接口的原型模式在调用clone函数构造实例时并不一定比通过new的操作速度快，只有当通过new构造对象较为耗时或者说成本较高时，通过clone方法才能获得效率上的提升。实现原型模式也不一定需要实现Cloneable接口，也有其他的实现方式。

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简单实现：
例：创建一个文档对象为WordDocument，这个文档中含有文字和图片。用户经过长时间的内容编辑后，将其保存后并拷贝一个副本重新进行编辑；

/**
 * 文档类型
 */
class WordDocument implements Cloneable {
    private String mText;
    private ArrayList images = new ArrayList<>();

    public WordDocument() {
        System.out.println("执行WordDocument的构造函数");
    }

    public String getText() {
        return mText;
    }

    public void setText(String text) {
        mText = text;
    }

    public ArrayList getImages() {
        return images;
    }

    public void addImage(String img) {
        this.images.add(img);
    }

    @Override
    public WordDocument clone() {
        try {
            WordDocument doc = (WordDocument) super.clone();
            doc.mText = this.mText;
            doc.images = this.images;
            return doc;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    public void showDocument() {
        System.out.println("———————打印WordDocument开始-----------");
        System.out.println("对象：" + super.toString());
        System.out.println("文本：" + mText);
        System.out.println("图片集合：");
        for (String imageName : images) {
            System.out.println(imageName);
        }
        System.out.println("———————打印完成--------------------------");
    }
}

/**
 * Created by admin on 2019/2/22.
 * 原型模式
 */
public class Client {
    public static void main(String args[]){
        //1、构建文本对象
        WordDocument originDoc = new WordDocument();
        //2、编辑，添加文本和图片
        originDoc.setText("这是一篇用来学习原型模式的文档");
        originDoc.addImage("假图片1");
        originDoc.addImage("假图片2");
        originDoc.showDocument();
        //3、拷贝一份副本
        WordDocument doc2 = originDoc.clone();
        doc2.showDocument();
        //4、修改文档副本
        doc2.setText("拷贝的文档2");
        doc2.showDocument();

        originDoc.showDocument();
    }
}

运行结果：

执行WordDocument的构造函数
———————打印WordDocument开始-----------
对象：sl.com.designmodedemo.cloneabledesign.WordDocument@4554617c
文本：这是一篇用来学习原型模式的文档
图片集合：
假图片1
假图片2
———————打印完成--------------------------
———————打印WordDocument开始-----------
对象：sl.com.designmodedemo.cloneabledesign.WordDocument@74a14482
文本：这是一篇用来学习原型模式的文档
图片集合：
假图片1
假图片2
———————打印完成--------------------------
———————打印WordDocument开始-----------
对象：sl.com.designmodedemo.cloneabledesign.WordDocument@74a14482
文本：拷贝的文档2
图片集合：
假图片1
假图片2
———————打印完成--------------------------
———————打印WordDocument开始-----------
对象：sl.com.designmodedemo.cloneabledesign.WordDocument@4554617c
文本：这是一篇用来学习原型模式的文档
图片集合：
假图片1
假图片2
———————打印完成--------------------------

从结果可以看出：使用clone()生成的对象doc2和第一个对象实例不同但内容相同，且doc2是不会执行构造方法的，当修改了doc2的内容的内容时并不会修改originDoc的内容。

浅拷贝和深拷贝

上述原型模式的实现实际是一个浅拷贝，这种拷贝实际上并不是将原始文档的所有字段都重新构造了一份，而是副本文档的字段引用原始文档的字段；
我们知道A引用B就是说两个对象指向同一个地址，当修改A时B也会改变，B修改时A也会改变。上面的例子，将main函数修改为如下：

public static void main(String args[]){
        //1、构建文本对象
        WordDocument originDoc = new WordDocument();
        //2、编辑，添加文本和图片
        originDoc.setText("这是一篇用来学习原型模式的文档");
        originDoc.addImage("假图片1");
        originDoc.addImage("假图片2");
        originDoc.showDocument();
        //3、拷贝一份副本
        WordDocument doc2 = originDoc.clone();
        doc2.showDocument();
        //4、修改文档副本
        doc2.setText("拷贝的文档2");
        doc2.addImage("doc2添加一张图片");
        doc2.showDocument();

        originDoc.showDocument();
    }

查看结果：

执行WordDocument的构造函数
———————打印WordDocument开始-----------
对象：sl.com.designmodedemo.cloneabledesign.WordDocument@4554617c
文本：这是一篇用来学习原型模式的文档
图片集合：
假图片1
假图片2
———————打印完成--------------------------
———————打印WordDocument开始-----------
对象：sl.com.designmodedemo.cloneabledesign.WordDocument@74a14482
文本：这是一篇用来学习原型模式的文档
图片集合：
假图片1
假图片2
———————打印完成--------------------------
———————打印WordDocument开始-----------
对象：sl.com.designmodedemo.cloneabledesign.WordDocument@74a14482
文本：拷贝的文档2
图片集合：
假图片1
假图片2
doc2添加一张图片
———————打印完成--------------------------
———————打印WordDocument开始-----------
对象：sl.com.designmodedemo.cloneabledesign.WordDocument@4554617c
文本：这是一篇用来学习原型模式的文档
图片集合：
假图片1
假图片2
doc2添加一张图片
———————打印完成--------------------------

可以看到最后两个对象打印结果是一样的，都添加了一张图片，这是由于clone方法中只是简单的进行浅拷贝，引用类型的新对象doc2的images只是单纯的指向了this.imags的引用，而没有重新创建一个images对象，现在采用深拷贝解决上面显示的问题，修改clone方法如下：

  @Override
    public WordDocument clone() {
        try {
            WordDocument doc = (WordDocument) super.clone();
            doc.mText = this.mText;
            doc.images = (ArrayList) this.images.clone();
            return doc;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

运行结果为：

执行WordDocument的构造函数
———————打印WordDocument开始-----------
对象：sl.com.designmodedemo.cloneabledesign.WordDocument@4554617c
文本：这是一篇用来学习原型模式的文档
图片集合：
假图片1
假图片2
———————打印完成--------------------------
———————打印WordDocument开始-----------
对象：sl.com.designmodedemo.cloneabledesign.WordDocument@74a14482
文本：这是一篇用来学习原型模式的文档
图片集合：
假图片1
假图片2
———————打印完成--------------------------
———————打印WordDocument开始-----------
对象：sl.com.designmodedemo.cloneabledesign.WordDocument@74a14482
文本：拷贝的文档2
图片集合：
假图片1
假图片2
doc2添加一张图片
———————打印完成--------------------------
———————打印WordDocument开始-----------
对象：sl.com.designmodedemo.cloneabledesign.WordDocument@4554617c
文本：这是一篇用来学习原型模式的文档
图片集合：
假图片1
假图片2
———————打印完成--------------------------

可以看见，现在再给Doc2副本添加图片时，就不会对原型对象进行改变了；

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原型模式是非常简单的一个模式，它的核心问题就是对原始对象进行拷贝，在这个模式的使用中需要注意一点的是：深、浅拷贝的问题。在开发过程中，为了减少错误，使用时应该尽量使用深拷贝，避免操作副本时影响原始对象的问题。