摘要：定義給出的原型模式定義如下使用原型實(shí)例指定將要?jiǎng)?chuàng)建的對(duì)象類型，通過(guò)復(fù)制這個(gè)實(shí)例創(chuàng)建新的對(duì)象。具體原型類角色負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)復(fù)制現(xiàn)有實(shí)例并生成新實(shí)例的方法。

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設(shè)計(jì)模式專欄
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[TOC]

在面向?qū)ο笙到y(tǒng)中，使用原型模式來(lái)復(fù)制一個(gè)對(duì)象自身，從而克隆出多個(gè)與原型對(duì)象一模一樣的對(duì)象。

另外在軟件系統(tǒng)中，有些對(duì)象的創(chuàng)建過(guò)程較為復(fù)雜，而且有時(shí)候需要頻繁創(chuàng)建，原型模式通過(guò)給出一個(gè)原型對(duì)象來(lái)指明所要?jiǎng)?chuàng)建的對(duì)象的類型，然后用復(fù)制這個(gè)原型對(duì)象的辦法創(chuàng)建出更多同類型的對(duì)象，這就是原型模式的意圖所在。

GOF給出的原型模式定義如下：

Specify the kind of objects to create using a prototypical instance, and create new objects by copying this prototype.  （使用原型實(shí)例指定將要?jiǎng)?chuàng)建的對(duì)象類型，通過(guò)復(fù)制這個(gè)實(shí)例創(chuàng)建新的對(duì)象。）

我們現(xiàn)在一般會(huì)使用new關(guān)鍵字指定類名生成類的實(shí)例（PS：我們以前使用java.lang.Cloneable的一個(gè)很大原因是使用new創(chuàng)建對(duì)象的速度相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)慢一些，隨著JVM性能的提升，new的速度和Object的clone（）方法的速度差不多了。）。

使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建類的時(shí)候必須指定類名，但是在開發(fā)過(guò)程中也會(huì)有“在不指定類名的前提下生成實(shí)例”的需求。例如，在下面這些情況下，就需要根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)例來(lái)生成新的實(shí)例。

1) 對(duì)象種類繁多，無(wú)法將他們整合到一個(gè)類的時(shí)候；

2) 難以根據(jù)類生成實(shí)例時(shí)；

3) 想解耦框架與生成的實(shí)例時(shí)。

如果想要讓生成實(shí)例的框架不再依賴于具體的類，這時(shí)，不能指定類名來(lái)生成實(shí)例，而要事先“注冊(cè)”一個(gè)“原型”實(shí)例，然后通過(guò)復(fù)制該實(shí)例來(lái)生成新的實(shí)例。

在原型模式結(jié)構(gòu)中定義了一個(gè)抽象原型類，所有的Java類都繼承自 java.lang.Object，而Object類提供一個(gè)clone()方法，可以將一個(gè)Java對(duì)象復(fù)制一份。因此在Java中可以直接使用Object提供的clone()方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)象的克隆，Java語(yǔ)言中的原型模式實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單。

能夠?qū)崿F(xiàn)克隆的Java類必須實(shí)現(xiàn)一個(gè)標(biāo)識(shí)接口Cloneable，表示這個(gè)Java類支持復(fù)制。如果一個(gè)類沒有實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口但是調(diào)用了clone()方法，Java編譯器將拋出一個(gè)CloneNotSupportedException異常。

注意： `java.lang.Cloneable 只是起到告訴程序可以調(diào)用clone方法的作用，它本身并沒有定義任何方法。

在使用原型模式克隆對(duì)象時(shí)，根據(jù)其成員對(duì)象是否也克隆，原型模式可以分為兩種形式：深克隆 和 淺克隆 。

關(guān)于深克隆 和 淺克隆 的詳細(xì)內(nèi)容可以參考：詳解Java中的clone方法

原型模式的優(yōu)點(diǎn)：

當(dāng)創(chuàng)建新的對(duì)象實(shí)例較為復(fù)雜時(shí)，使用原型模式可以簡(jiǎn)化對(duì)象的創(chuàng)建過(guò)程，通過(guò)一個(gè)已有實(shí)例可以提高新實(shí)例的創(chuàng)建效率。

可以動(dòng)態(tài)增加或減少產(chǎn)品類。

原型模式提供了簡(jiǎn)化的創(chuàng)建結(jié)構(gòu)。

可以使用深克隆的方式保存對(duì)象的狀態(tài)。

原型模式的缺點(diǎn)：

需要為每一個(gè)類配備一個(gè)克隆方法，而且這個(gè)克隆方法需要對(duì)類的功能進(jìn)行通盤考慮，這對(duì)全新的類來(lái)說(shuō)不是很難，但對(duì)已有的類進(jìn)行改造時(shí)，不一定是件容易的事，必須修改其源代碼，違背了“開閉原則”。

在實(shí)現(xiàn)深克隆時(shí)需要編寫較為復(fù)雜的代碼。

下面示例程序的作用是將字符串放入方框中顯示出來(lái)或者是加了下劃線顯示出來(lái)。

類和接口一覽表：

示例程序類圖：

Product接口是復(fù)制功能接口，該接口繼承了java.lang.Cloneable(只有實(shí)現(xiàn)了該接口的類的實(shí)例才可以調(diào)用clone()方法復(fù)制實(shí)例,否則會(huì)拋出異常).
另外需要注意：`java.lang.Cloneable 只是起到告訴程序可以調(diào)用clone方法的作用，它本身并沒有定義任何方法。

package prototype_pattern;

public interface Product extends Cloneable{
   //use方法是用于“使用”的方法，具體怎么“使用”，則被交給子類去實(shí)現(xiàn)。
    public abstract void use(String s);
    //creatClone方法是用于復(fù)制實(shí)例的方法
    public abstract Product creatClone();

}

Manager類使用Product接口來(lái)復(fù)制實(shí)例。

Product接口以及Manager類的代碼完全沒有出現(xiàn)在MessageBox類和UnderlinePen類的名字，因此這意味著我們可以獨(dú)立地修改Product接口以及Manager類，不受MessageBox類和UnderlinePen類的影響。這是非常重要的，因?yàn)?一旦在類中使用到了別的類名，就意味著該類與其他類緊密的地耦合在了一起 。在Manager類中，并沒有寫明具體的類名， 僅僅使用了Product這個(gè)接口名。也就是說(shuō)，Product接口成為了連接Manager類與其他具體類之間的橋梁。

package prototype_pattern;

import java.util.HashMap;

public class Manager {
    //保存實(shí)例的“名字”和“實(shí)例”之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系
    private HashMap showcase=new HashMap();
    //register方法將接收到的一組“名字”和“Product接口”注冊(cè)到showcase中。這里Product是實(shí)現(xiàn)Product接口的實(shí)例，具體還未確定
    public void register(String name ,Product product){
        showcase.put(name, product);
    }
    public Product create(String productname){
        Product p=showcase.get(productname);
        return p.creatClone();
    }

}

裝飾方框樣式的具體原型，實(shí)現(xiàn)了 Product接口，實(shí)現(xiàn)復(fù)制現(xiàn)有實(shí)例并生成新實(shí)例的方法。

package prototype_pattern;

public class MessageBox implements Product {
    //保存的是裝飾方框使用的字符樣式
    private char decochar;

    public MessageBox(char decochar) {
        this.decochar = decochar;
    }

    @Override
    public void use(String s) {
     int length=s.getBytes().length;
     for (int i = 0; i < length+4; i++) {
            System.out.print(decochar);    
    }
     System.out.println("");
     System.out.println(decochar+" "+s+" "+decochar);
     for (int i = 0; i < length+4; i++) {
        System.out.print(decochar);
    }
     System.out.println("");
    }
    
    //該方法用于復(fù)制自己
    @Override
    public Product creatClone() {
        Product p=null;
        try {
            p=(Product) clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return p;
    }

}

只有類自己（或是它的子類）能夠調(diào)用Java語(yǔ)言中定義的clone方法。當(dāng)其他類要求復(fù)制實(shí)例時(shí)，必須先調(diào)用createClone這樣的方法，然后在該方法內(nèi)部在調(diào)用clone方法。

下劃線樣式的具體原型，實(shí)現(xiàn)了Product接口，用于實(shí)現(xiàn)復(fù)制現(xiàn)有實(shí)例并生成新實(shí)例的方法。UnderlinePen類的實(shí)現(xiàn)幾乎和 MessageBox類一樣，不同的可能只是use方法的實(shí)現(xiàn)。

package prototype_pattern;

public class UnderlinePen implements Product {

    private char ulchar;

    public UnderlinePen(char ulchar) {
        this.ulchar = ulchar;
    }

    @Override
    public void use(String s) {
        int length = s.getBytes().length;
        System.out.println("""+s+""");
        for (int i = 0; i 
2.5 Main類
 Main類首先生成Manager實(shí)例。接著，在Manager實(shí)例中通過(guò)`register方法注冊(cè)了UnderlinePen類的實(shí)例（帶名字）和MessageBox類的實(shí)例（帶名字）。
package prototype_pattern;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Manager manager = new Manager();
        UnderlinePen underlinePen=new UnderlinePen("~");
        MessageBox mbox=new MessageBox("*");
        MessageBox sbox=new MessageBox("/");
        manager.register("Strong message", underlinePen);
        manager.register("Waring Box", mbox);
        manager.register("Slash Box", sbox);
        Product p1=manager.create("Strong message");
        p1.use("hello world");
        Product p2=manager.create("Waring Box");
        p2.use("hello world");
        Product p3=manager.create("Slash Box");
        p3.use("hello world");
    }

}

運(yùn)行結(jié)果：

三 原型模式的角色分析
通過(guò)上面的例子，相信大家對(duì)于原型模式有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，下面我們看看原型模式的幾個(gè)登場(chǎng)角色。
3.1 Prototype（抽象原型類）
Product角色負(fù)責(zé)定義用于復(fù)制現(xiàn)有實(shí)例來(lái)生成新實(shí)例的方法。在示例程序中的Product接口就是該角色。
3.2 ConcretePrototype（具體原型類）
ConcretePrototype角色負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)復(fù)制現(xiàn)有實(shí)例并生成新實(shí)例的方法。在示例程序中，MessageBox和UnderlinePen都是該角色。
3.3 Client（客戶類/使用者）
Client角色負(fù)責(zé)使用復(fù)制實(shí)例的方法生成新的實(shí)例。在示例程序中，Manager類扮演的就是該角色。
Prototype模式的類圖：

四  原型模式的實(shí)際應(yīng)用案例
(1) 原型模式應(yīng)用于很多軟件中，如果每次創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象要花大量時(shí)間，原型模式是最好的解決方案。很多軟件提供的復(fù)制(Ctrl + C)和粘貼(Ctrl + V)操作就是原型模式的應(yīng)用，復(fù)制得到的對(duì)象與原型對(duì)象是兩個(gè)類型相同但內(nèi)存地址不同的對(duì)象，通過(guò)原型模式可以大大提高對(duì)象的創(chuàng)建效率。
(2) 在Struts2中為了保證線程的安全性，Action對(duì)象的創(chuàng)建使用了原型模式，訪問一個(gè)已經(jīng)存在的`Action對(duì)象時(shí)將通過(guò)克隆的方式創(chuàng)建出一個(gè)新的對(duì)象，從而保證其中定義的變量無(wú)須進(jìn)行加鎖實(shí)現(xiàn)同步，每一個(gè)Action中都有自己的成員變量，避免Struts1因使用單例模式而導(dǎo)致的并發(fā)和同步問題。
(3) 在Spring中，用戶也可以采用原型模式來(lái)創(chuàng)建新的bean實(shí)例，從而實(shí)現(xiàn)每次獲取的是通過(guò)克隆生成的新實(shí)例，對(duì)其進(jìn)行修改時(shí)對(duì)原有實(shí)例對(duì)象不造成任何影響。
五  總結(jié)
本文主要介紹了：什么是原型模式、原型模式的優(yōu)缺點(diǎn)以及使用場(chǎng)景。另外，簡(jiǎn)單介紹了深拷貝和淺拷貝以及原型模式的實(shí)際應(yīng)用案例。
參考：
《圖解設(shè)計(jì)模式》
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