设计模式二十四章经之原型模式

概述

原型模式是用于创建重复的对象，同时又能保证性能。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式是实现了一个原型接口，该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时，则采用这种模式。例如，一个对象需要在一个高代价的数据库操作之后被创建。我们可以缓存该对象，在下一个请求时返回它的克隆，在需要的时候更新数据库，以此来减少数据库调用。

使用场景

1、资源优化场景。

2、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。

3、性能和安全要求的场景。

4、通过 new 产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，则可以使用原型模式。

5、一个对象多个修改者的场景。

6、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。

7、在实际项目中，原型模式很少单独出现，一般是和工厂方法模式一起出现，通过 clone 的方法创建一个对象，然后由工厂方法提供给调用者。原型模式已经与 Java 融为浑然一体，大家可以随手拿来使用。

具体实现

浅拷贝

public class WordDocument implements Cloneable{
      private String mText;
    private ArrayList<String> mImages=new ArrayList<String>();
    public WordDocument(){
        System.out.println("-------------WordDocument构造函数----------------");
    }  
      @Override
      protected WordDocument clone(){
        try{
            WordDocument doc=(WordDocument)super.clone();
              doc.mText=this.mText;
              doc.mImages=this.mImages;
              return doc;
        }catch(Exception e){
        }
        return null;
    }
  public String getText(){
      return mText;
  }
  public void setText(String mText){
      this.mText=mText;
  }
  public List<String> getImages(){
      return mImages;
  }
  public void addImage(String img){
      this.mImages.add(img);
  }
  public void showDocument(){
    System.out.println("-------------Word Content Start----------------");
    System.out.println("Text:"+mText);
    System.out.println("ImageList:");
    for(String imgName:mImages){
    System.out.println("Image name:"+imgName);
    }
    System.out.println("-------------Word Content End----------------");
  }
}

这边我们只是一个简单的数据集，我们在来看看调用方的代码：

public class Client {
    public static void main(String[] args) { 
        // 1、构建文档对象
        WordDocument originDoc = new WordDocument(); 
        // 2、编辑文档,添加图片等
        originDoc.setText("这是一篇文档");
        originDoc.addImage("图片 1");
        originDoc.addImage("图片 2");
        originDoc.addImage("图片 3");
        originDoc.showDocument();
        // 以原始文档为原型,拷贝一份副本
        WordDocument doc2 = originDoc.clone();
        doc2.showDocument();
        // 修改文档副本,不会影响原始文档
        doc2.setText("这是修改过的 Doc2 文本");
        doc2.showDocument();
        originDoc.showDocument();
    }
}

输出结果：

-------------WordDocument构造函数----------------
-------------Word Content Start----------------
Text:这是一篇文档
Image List:
image name:图片 1
image name:图片 2
image name:图片 3
-------------Word Content End----------------
-------------Word Content Start----------------
Text:这是修改过的 Doc2 文本
Image List:
image name:图片 1
image name:图片 2
image name:图片 3
-------------Word Content End----------------
-------------Word Content Start----------------
Text:这是一篇文档
Image List:
image name:图片 1
image name:图片 2
image name:图片 3
-------------Word Content End----------------

我们可以看出doc2是通过clone来创建的。我们可以发现对doc2的text内容做修改时，并没有影响到原有的数据集。我们可以发现，通过clone的数据集并没有执行WordDocument的构造函数。所以，如果构造函数中有一些特殊的初始化操作时，我们在clone需要注意这一点。

深拷贝

上面的例子只是一个简单的浅拷贝，也称作影子拷贝。那么什么是深拷贝呢？不急，我们接着看。

我们所知道的A如果引用B，就是A，B两个对象指向的是同一个地址。所以A修改的时候，B也会修改。所以，我们看例子：

public class Client {
    public static void main(String[] args) { 
        // 1、构建文档对象
        WordDocument originDoc = new WordDocument(); 
        // 2、编辑文档,添加图片等
        originDoc.setText("这是一篇文档");
        originDoc.addImage("图片 1");
        originDoc.addImage("图片 2");
        originDoc.addImage("图片 3");
        originDoc.showDocument();
        // 以原始文档为原型,拷贝一份副本
        WordDocument doc2 = originDoc.clone();
        doc2.showDocument();
        // 修改文档副本,不会影响原始文档
        doc2.setText("这是修改过的 Doc2 文本");
        doc2.addImage("啦啦啦~~~~~~~~");
        doc2.showDocument();
        originDoc.showDocument();
    }
}

现在我们来看看结果：

-------------WordDocument构造函数----------------
-------------Word Content Start----------------
Text:这是一篇文档
Image List:
image name:图片 1
image name:图片 2
image name:图片 3
-------------Word Content End----------------
-------------Word Content Start----------------
Text:这是修改过的 Doc2 文本
Image List:
image name:图片 1
image name:图片 2
image name:图片 3
image name:啦啦啦~~~~~~~~
-------------Word Content End----------------
-------------Word Content Start----------------
Text:这是一篇文档
Image List:
image name:图片 1
image name:图片 2
image name:图片 3
image name:啦啦啦~~~~~~~~
-------------Word Content End----------------

那么，此时就发生了一个问题，我在doc2添加的数据的时候，为什么originDoc的数据集也发生了变化。很简单，因为我们clone的时候只是引用它的对象，并没有重新构造一个对象去处理。所以当一处内容修改时，另外一边同事发生了变化。那么此时我们就需要用到深拷贝。深拷贝是怎么处理的？其实很简单，我们接着看代码：

      @Override
      protected WordDocument clone(){
        try{
            WordDocument doc=(WordDocument)super.clone();
              doc.mText=this.mText;
              doc.mImages=(ArrayList<String>)this.mImages.clone();
              return doc;
        }catch(Exception e){
        }
        return null;
    }

我们把mImages指向mImages的拷贝。而不是其本身。那么我们就看看效果如何：

-------------WordDocument构造函数----------------
-------------Word Content Start----------------
Text:这是一篇文档
Image List:
image name:图片 1
image name:图片 2
image name:图片 3
-------------Word Content End----------------
-------------Word Content Start----------------
Text:这是修改过的 Doc2 文本
Image List:
image name:图片 1
image name:图片 2
image name:图片 3
image name:啦啦啦~~~~~~~~
-------------Word Content End----------------
-------------Word Content Start----------------
Text:这是一篇文档
Image List:
image name:图片 1
image name:图片 2
image name:图片 3
-------------Word Content End----------------

可以发现，我们修改doc2的时候，并没有对原有数据造成影响。

总结

原型模式说白了就是对象的拷贝，我们在使用原型模式的时候主要注意的就是刚才上面提到的浅拷贝和深拷贝的问题。一般建议使用深拷贝。

优点：

性能提高。
逃避构造函数的约束。

缺点：

由于使用原型模式复制对象时不会调用类的构造方法，所以原型模式无法和单例模式组合使用，因为原型类需要将clone方法的作用域修改为public类型，那么单例模式的条件就无法满足了。
使用原型模式时不能有final对象。