23種設計模式之原型模式

定義：用原型例項指定建立物件的種類，並通過拷貝這些原型建立新的物件。

型別：建立類模式

類圖：

原型模式主要用於物件的複製，它的核心是就是類圖中的原型類Prototype。Prototype類需要具備以下兩個條件：

• 實現Cloneable介面。在java語言有一個Cloneable介面，它的作用只有一個，就是在執行時通知虛擬機器可以安全地在實現了此介面的類上使用clone方法。在java虛擬機器中，只有實現了這個介面的類才可以被拷貝，否則在執行時會丟擲CloneNotSupportedException異常。
• 重寫Object類中的clone方法。Java中，所有類的父類都是Object類，Object類中有一個clone方法，作用是返回物件的一個拷貝，但是其作用域protected型別的，一般的類無法呼叫，因此，Prototype類需要將clone方法的作用域修改為public型別。

原型模式是一種比較簡單的模式，也非常容易理解，實現一個介面，重寫一個方法即完成了原型模式。在實際應用中，原型模式很少單獨出現。經常與其他模式混用，他的原型類Prototype也常用抽象類來替代。

實現程式碼：

class Prototype implements Cloneable {
	public Prototype clone(){
		Prototype prototype = null;
		try{
			prototype = (Prototype)super.clone();
		}catch(CloneNotSupportedException e){
			e.printStackTrace();
		}
		return prototype; 
	}
}

class ConcretePrototype extends Prototype{
	public void show(){
		System.out.println("原型模式實現類");
	}
}

public class Client {
	public static void main(String[] args){
		ConcretePrototype cp = new ConcretePrototype();
		for(int i=0; i< 10; i++){
			ConcretePrototype clonecp = (ConcretePrototype)cp.clone();
			clonecp.show();
		}
	}
}

原型模式的優點及適用場景

使用原型模式建立物件比直接new一個物件在效能上要好的多，因為Object類的clone方法是一個本地方法，它直接操作記憶體中的二進位制流，特別是複製大物件時，效能的差別非常明顯。

使用原型模式的另一個好處是簡化物件的建立，使得建立物件就像我們在編輯文件時的複製貼上一樣簡單。

因為以上優點，所以在需要重複地建立相似物件時可以考慮使用原型模式。比如需要在一個迴圈體內建立物件，假如物件建立過程比較複雜或者迴圈次數很多的話，使用原型模式不但可以簡化建立過程，而且可以使系統的整體效能提高很多。

原型模式的注意事項

• 使用原型模式複製物件不會呼叫類的構造方法。因為物件的複製是通過呼叫Object類的clone方法來完成的，它直接在記憶體中複製資料，因此不會呼叫到類的構造方法。不但構造方法中的程式碼不會執行，甚至連訪問許可權都對原型模式無效。還記得單例模式嗎？單例模式中，只要將構造方法的訪問許可權設定為private型，就可以實現單例。但是clone方法直接無視構造方法的許可權，所以，單例模式與原型模式是衝突的，在使用時要特別注意。
• 深拷貝與淺拷貝。Object類的clone方法只會拷貝物件中的基本的資料型別，對於陣列、容器物件、引用物件等都不會拷貝，這就是淺拷貝。如果要實現深拷貝，必須將原型模式中的陣列、容器物件、引用物件等另行拷貝。例如：

public class Prototype implements Cloneable {
	private ArrayList list = new ArrayList();
	public Prototype clone(){
		Prototype prototype = null;
		try{
			prototype = (Prototype)super.clone();
			prototype.list = (ArrayList) this.list.clone();
		}catch(CloneNotSupportedException e){
			e.printStackTrace();
		}
		return prototype; 
	}
}

由於ArrayList不是基本型別，所以成員變數list，不會被拷貝，需要我們自己實現深拷貝，幸運的是java提供的大部分的容器類都實現了Cloneable介面。所以實現深拷貝並不是特別困難。

PS：深拷貝與淺拷貝問題中，會發生深拷貝的有java中的8中基本型別以及他們的封裝型別，另外還有String型別。其餘的都是淺拷貝。