学习设计模式之禅——原型模式

原型模式（Prototype Pattern）的简单程度仅此于单例模式和迭代器模式。正是由于简单，使用的场景非常多，其定义如下：

Specify the kind of object to create using a prototypical instance， and create new objects by copying this prototype。（用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象）

原型模式的使用场景
1）资源优化场景：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。
2）性能和安全要求的场景：通过new一个对象需要非常繁琐的数据准备和访问权限，则可以使用原型模式。
3）一个对象多个修改者的场景：一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可以都需要修改其值时，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者调用。

原型模式的通用代码如下：

public class PrototypeClass implements Cloneable {
	//覆写父类Object的方法
	@Override
	public PrototypeClass clone() {
		PrototypeClass object = null;
		try {
			object = (PrototypeClass) super.clone();
		} catch (CloneNotSupportedException e){
			//异常处理
		}
		return object;
	}
}

原型模式的优点
1）性能优良：原型模式是在内存二进制流的拷贝，要比直接new一个对象性能好很多，特别是要在一个循环体内产生大量的对象时，原型模式可以更好的体现其优点。
2）逃避构造方法的约束：这既是他的优点也是它的缺点，直接在内存中拷贝，构造方法是不会执行的。优点就是减少了约束，缺点也是减少了约束，需要大家在实际应用时考虑。
原型模式的注意事项
原型模式虽然很简单，但是在Java中使用原型模式也就是clone方法还是有一些注意事项的。
1）构造方法不会被执行。
2）浅拷贝和深拷贝：在解释什么是浅拷贝和什么是深拷贝之前，我们先来看个例子，代码如下。

//浅拷贝
public class Thing implements Cloneable {
	//定义一个私有变量
	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;
	}
	
	//设置ArrayList的值
	public void setValue(String value) {
		this.arrayList.add(value);
	}
	
	//获得ArrayList的值
	public ArrayList<String> getValue() {
		return this.arrayList;
	}
}

//浅拷贝测试
public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		//产生一个对象
		Thing thing = new Thing();
		//设置一个值
		thing.setValue("张三");
		//拷贝一个对象
		Thing cloneThing = thing.clone();
		cloneThing.setValue("李四");
		System.out.println(thing.getValue);
	}
}

猜想一下运行结果应该是什么，是仅一个张三吗，运行结果如下所示：
[张三，李四]
怎么会这样呢，怎么会有李四呢？因为Javs做了一个偷懒的拷贝动作，Object类提供的方法clone只是拷贝本对象，其对于内部的数组、引用对象等都不拷贝，还是指向原生对象的内部元素地址，这种拷贝就叫做浅拷贝，确实是非常浅，两个对象共享了一个私有变量，你改我改大家都能改，，是一种非常不安全的方式，在实际项目中使用还是比较少的（当然，这也是一个“危机”环境的一种救命方式）。拷贝的时候，对象内部的数组和引用对象才不拷贝，其他的原始类型比如int、long、char等都会被拷贝，但是对于String类型，Java就希望你把他认为是基本类型、它是没有clone方法的，处理机制也比较特殊，通过字符串池（stringpool）在需要的时候才在内存中创建新的字符串，在使用的时候就把String当做基本类型使用即可。

注意：使用原型模式时，引用的成员变量必须满足两个条件才不会被拷贝：一是类的成员变量，而不是方法内的变量；二是必须是一个可变的引用对象，而不是一个原始类型或不可变对象。
浅拷贝有风险，那怎么才能深入拷贝呢？修改一些程序就可以深拷贝了，代码如下：

//深拷贝
public class Thing implements Cloneable {
	//定义一个私有变量
	private ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();
	
	@Override
	public Thing clone() {
		Thing thing = null;
		try {
			thing = (Thing) super.clone();
			this.arrayList = (ArrayList<String>)this.arrayList.clone();
		} catch (CloneNotSupportedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return thing;
	}
	
	//设置ArrayList的值
	public void setValue(String value) {
		this.arrayList.add(value);
	}
	
	//获得ArrayList的值
	public ArrayList<String> getValue() {
		return this.arrayList;
	}
}

仅仅增加了一行代码，就可以对私有变量进行独立的拷贝了，clien端没有改变，运行结果是[张三]

clone和final两个矛盾体
对象的clone与对象内的final关键字是有冲突的，如果在定义arrayList的时候，在前面加上final的话，编译器就会报错的。