“不好意思，我是臥底！哇哈哈哈~”額......自從寫了上一篇的觀察者模式，就一直沉浸在這個角色當中，無法自撥。昨晚在看《使徒行者2》，有一集說到啊炮仗哥印鈔票，我去，這就是想印多少就印多少的節奏。
但是我覺得他們印鈔票的方法太low了，就用那“哧咔，哧咔~”的老機器沒日沒夜的印，看著都著急。
這裡我們可以用原型模式優化印鈔票的致富之路，為什麼，繼續往下看......
一、原型模式
定義
用原型例項指定所有建立物件的型別，並且通過複製這個拷貝建立新的物件。
特點
1）必須存在一個現有的物件，也就是原型例項，通過原型例項建立新物件。
2）在Java中，實現Cloneable，並且因為所有的類都繼承Object類，重寫clone()方法來實現拷貝。
使用場景
大量的物件，並且類初始化時消耗的資源多。沒人會嫌錢多的吧，除了某雲。
這些鈔票的資訊屬性基本一致，可以調整個別的屬性。
印鈔票的工序非常複雜，需要進行繁瑣的資料處理。
UML圖
從上面的UML圖可以看出，原型模式涉及到的角色有如下三個：
- 客戶端角色：負責建立物件的請求。
- 抽象原型角色：該角色是一個抽象類或者是介面，提供拷貝的方法。
- 具體原型角色：該角色是拷貝的物件，需要重寫抽象原型的拷貝方法，實現淺拷貝或者深拷貝。
二、實戰
一起來印鈔票，鈔票例項必須實現Cloneable介面，該介面只充當一個標記，然後重寫clone方法，具體原型角色程式碼如下：
public class Money implements Cloneable {
private int faceValue;
private Area area;
public int getFaceValue() {
return faceValue;
}
public void setFaceValue(int faceValue) {
this.faceValue = faceValue;
}
public Money(int faceValue, Area area) {
this.faceValue = faceValue;
this.area = area;
}
public Area getArea() {
return area;
}
public void setArea(Area area) {
this.area = area;
}
public String getUnit() {
return unit;
}
public void setUnit(String unit) {
this.unit = unit;
}
@Override
protected Money clone() throws CloneNotSupportedException {
return (Money) super.clone();
}
}複製程式碼Area類程式碼如下：
public class Area {
// 鈔票單位
private String unit;
public String getUnit() {
return unit;
}
public void setUnit(String unit) {
this.unit = unit;
}
}複製程式碼看看客戶端如何實現鈔票的拷貝，程式碼如下：
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Area area = new Area();
area.setUnit("RMB");
// 原型例項，100RMB的鈔票
Money money = new Money(100, area);
for (int i = 1; i <= 3; i++) {
try {
Money cloneMoney = money.clone();
cloneMoney.setFaceValue(i * 100);
System.out.println("這張是" + cloneMoney.getFaceValue() + cloneMoney.getArea().getUnit() + "的鈔票");
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}複製程式碼大把大把的鈔票出來了
這張是100RMB的鈔票
這張是200RMB的鈔票
這張是300RMB的鈔票
從上面並沒有看到抽象原型角色的程式碼，那該角色在哪？Object就是這個抽象原型角色，因為Java中所有的類都預設繼承Objet，在這提供clone方法。
三、淺拷貝和深拷貝
在使用原型模式的時候，常常需要注意用的到底是淺拷貝還是深拷貝，當然這必須結合實際的專案需求。下面來了解學習這兩種拷貝的用法和區別：
首先我們來看一個例子，只改變客戶端程式碼：
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Area area = new Area();
area.setUnit("RMB");
// 原型例項，100RMB的鈔票
Money money = new Money(100, area);
try {
Money cloneMoney = money.clone();
cloneMoney.setFaceValue(200);
area.setUnit("美元");
System.out.println("原型例項的面值：" + money.getFaceValue() +money.getArea().getUnit());
System.out.println("拷貝例項的面值：" + cloneMoney.getFaceValue() + cloneMoney.getArea().getUnit());
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}複製程式碼執行結果如下：
原型例項的面值：100美元
拷貝例項的面值：200美元
淺拷貝
見鬼了，明明就把原型例項的單位改成了美元而已，拷貝例項怎麼也會跟著改變的。哪裡有鬼？其實是Java在搞鬼。我們用的是Object的clone方法，而該方法只拷貝按值傳遞的資料，比如String型別和基本型別，但物件內的陣列、引用物件都不拷貝，也就是說記憶體中原型例項和拷貝例項指向同一個引用物件的地址，這就是淺拷貝。淺拷貝的記憶體變化如下圖：
從上圖可以看出，淺拷貝前後的兩個例項物件共同指向同一個記憶體地址，即它們共有擁有area1例項，同時也存在著資料被修改的風險。注意，這裡不可拷貝的引用物件是指可變的類成員變數。
深拷貝
同樣的看例子，客戶端程式碼如下：
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Area area = new Area();
area.setUnit("RMB");
// 原型例項，100RMB的鈔票
Money money = new Money(100, area);
try {
Money cloneMoney = money.clone();
cloneMoney.setFaceValue(200);
area.setUnit("美元");
System.out.println("原型例項的面值：" + money.getFaceValue() + money.getArea().getUnit());
System.out.println("拷貝例項的面值：" + cloneMoney.getFaceValue() + cloneMoney.getArea().getUnit());
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}複製程式碼執行結果如下：
原型例項的面值：100美元
拷貝例項的面值：200RMB
咦~這客戶端程式碼不是跟淺拷貝的一樣嗎，但是執行結果卻又不一樣了。關鍵就在，實現深拷貝就需要完全的拷貝，包括引用物件，陣列的拷貝。所以Area類也實現了Cloneable介面，重寫了clone方法，程式碼如下：
public class Area implements Cloneable{
// 鈔票單位
private String unit;
public String getUnit() {
return unit;
}
public void setUnit(String unit) {
this.unit = unit;
}
@Override
protected Area clone() throws CloneNotSupportedException {
Area cloneArea;
cloneArea = (Area) super.clone();
return cloneArea;
}
}複製程式碼另外，在Money鈔票類的clone方法增加拷貝Area的程式碼：
public class Money implements Cloneable, Serializable {
private int faceValue;
private Area area;
public int getFaceValue() {
return faceValue;
}
public void setFaceValue(int faceValue) {
this.faceValue = faceValue;
}
public Money(int faceValue, Area area) {
this.faceValue = faceValue;
this.area = area;
}
public Area getArea() {
return area;
}
public void setArea(Area area) {
this.area = area;
}
@Override
protected Money clone() throws CloneNotSupportedException {
Money cloneMoney = (Money) super.clone();
cloneMoney.area = this.area.clone(); // 增加Area的拷貝
return cloneMoney;
}
}複製程式碼深拷貝的記憶體變化如下圖：
深拷貝除了需要拷貝值傳遞的資料，還需要拷貝引用物件、陣列，即把所有引用的物件都拷貝。需要注意的是拷貝的引用物件是否還有可變的類成員物件，如果有就繼續對該成員物件進行拷貝，如此類推。所以使用深拷貝是注意分析拷貝有多深，以免影響效能。
序列化實現深拷貝
這是實現深拷貝的另一種方式，通過二進位制流操作物件，從而達到深拷貝的效果。把物件寫到流裡的過程是序列化過程，而把物件從流中讀出來的過程則叫反序列化過程。深拷貝的過程就是把物件序列化（寫成二進位制流），然後再反序列化（從流裡讀出來）。注意，在Java中，常常可以先使物件實現Serializable介面，包括引用物件也要實現Serializable介面，不然會拋NotSerializableException。
只要修改Money，程式碼如下：
public class Money implements Serializable {
private int faceValue;
private Area area;
public int getFaceValue() {
return faceValue;
}
public void setFaceValue(int faceValue) {
this.faceValue = faceValue;
}
public Money(int faceValue, Area area) {
this.faceValue = faceValue;
this.area = area;
}
public Area getArea() {
return area;
}
public void setArea(Area area) {
this.area = area;
}
@Override
protected Money clone() throws CloneNotSupportedException {
Money money = null;
try {
// 呼叫deepClone，而不是Object的clone方法
cloneMoney = (Money) deepClone();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
return cloneMoney;
}
// 通過序列化深拷貝
public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
//將物件寫到流裡
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(this);
//從流裡讀回來
ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
return ois.readObject();
}
}複製程式碼同樣執行客戶端程式碼，最後來看看結果：
原型例項的面值：100美元
拷貝例項的面值：200RMB
四、原型模式的優缺點
優點
1）提高效能。不用new物件，消耗的資源少。
缺點
1）淺拷貝時需要實現Cloneable介面，深拷貝則要特別留意是否有引用物件的拷貝。
總結
原型模式本身比較簡單，重寫Object的clone方法，實現淺拷貝還是深拷貝。重點在理解淺拷貝和深拷貝，這是比較細但又重要，卻往往被忽略的知識點。好啦，原型模式就到這了，下一篇是策略模式，敬請關注，拜拜！
設計模式Java原始碼GitHub下載：https://github.com/jetLee92/DesignPattern
