文章目录

前言
正文
- 一、定义
- 二、模式结构及分析
- - (一) 模式结构
  - (二) 模式分析
- 三、情景假设
- 四、情景分析
- - (一) 浅克隆
  - (二) 深克隆
- 五、模式优点、缺点
- - (一)模式优点
  - (二)模式缺点
- 五、使用情景
- 六、延申及拓展
总结

前言

文章内容主要参考了刘伟主编的《设计模式（第2版）》，同时也结合了自己的一些思考和理解，希望能帮到大家。

本篇文章讲解的是原型模式。

正文

一、定义

原型模式(Prototype Pattern)：原型模式是一种对象创建型模式，用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象。
原型模式允许通过一个原型对象创建一个或多个同类型的其他对象，而无须知道任何创建的细节；有些对象的创建过程较为复杂，而且需要频繁创建，这时候就可以利用原型模式根据原型进行创建。

二、模式结构及分析

因为模式比较简单，所以先讲解模式，然后再根据案例进一步细化拓展

(一) 模式结构

主要包含的角色

Prototype：抽象原型类
ConcretePrototype：具体原型类
Client：客户类

解释：
首先原型需要复制，很明显复制的方法应该是原型本身提供。所以可以在定义一个抽象原型类Prototype，然后具体实现类各自实现各自的内容，当然也包括克隆方法。之后再客户端client处，创建了一个具体原型，然后就可以调用克隆方法生成多一个克隆对象。

(二) 模式分析

所有的Java类都继承自java.lang.Object，而Object类提供一个clone()方法，可以将一个Java对象复制一份所以，我们在Java中可以直接使用Object提供的clone()方法来实现对象的克隆（浅克隆）。（这个时候Object类就是Prototype抽象类）
如果我们需要使用Object的clone()方法，那么Java类必须实现一个标识接口Cloneable，表示这个Java类支持复制，如果一个类没有实现这个接口但是调用了clone()方法，Java编译器将抛出一个CloneNotSupportedException异常
浅克隆是有问题的，深克隆是我们需要考虑和掌握的。以下案例会提及。
- 浅克隆(Shallow Clone)：当原型对象被复制时，只复制它本身和其中包含的值类型的成员变量，而引用类型的成员变量并没有复制（可以理解为稍微复杂的对象，但是这个不完全对噢~）
- 深克隆(Deep Clone)：除了对象本身被复制外，对象所包含的所有成员变量也将被复制

三、情景假设

由于邮件对象包含的内容较多（如发送者、接收者、标题、内容、日期、附件等），某系统中现需要提供一个邮件复制功能，对于已经创建好的邮件对象，可以通过复制的方式创建一个新的邮件对象，如果需要改变某部分内容，无须修改原始的邮件对象，只需要修改复制后得到的邮件对象即可。使用原型模式设计该系统。
改案例是有两种情况讨论：复制邮件的同时不复制附件（浅克隆）和复制邮件的同时复制附件（深克隆）

四、情景分析

(一) 浅克隆

浅克隆类图

难度不大，Object就是Prototype抽象类，所以我们不用编写，甚至不用继承或实现，因为建立一个类默认就是继承Object类，直接编写Email具体类，重写clone方法（在这里，别以为clone有多难搞，其实本质就是调用父类自己的clone方法），其实。注意的是，要想client成功调用clone方法必须implements Clonable标识接口（标识接口意思是这个接口其实点开看源码里面是全空的，它只是起了一个标记的作用，类似有了一个声明，jvm执行clone方法就会知道它是支持的。）

//Email类
public class Email implements Clonable
{private Attachment attachment = null;//附件类，只是一个辅助类，表示是一个附件public Email(){this.attachment = new Attachment();}public Object clone(){Email clone = null;try{clone = (Email)super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e){System.out.println("Clone failure");}return clone;}public Attachment getAttachment(){return this.attachment;}public void display(){System.out.println("查看邮件");}}

接下来就是辅助类:

//附件类Attachment
public class Attachment
{public void download(){System.out.println("下载附件");}
}接下来是客户端的代码:```java
public class Client
{public static void main(String args[]){Email email,copyEmail;email = new Email();copyEmail = (Email)email.clone();System.out.println(emial==copyEmail);System.out.println(email.getAttachment()==copyEmail.getAttachment());}
}

在这里如果运行client，将会输出false和true。首先第一个false起码说明了我们确实创建了一个和之前Email不同的克隆Email，但是第二个true就说明了浅克隆的问题，Attachment是自建对象，在email对象中存储的是引用，而复制之后依旧是复制的是引用，而不是创建一个全新的Attachment对象，（至于为什么这个是存储对象的引用而不是对象本身，可以去搜索java对象的引用了解一下。其实可以这么认为，基本数据类型就是直接复制内容的，除此之外就是复制引用的，所以都会返回true）。
接下里就讲解深克隆（复制邮件的同时也会复制里面的所有附件）：

(二) 深克隆

深克隆类图（其实只给了小部分）

注意上图：只给了重点几个类关系，重点就是邮件类和附件类都需要实现Serializable标识接口，接下来看实现：

//Email类
public class Email implements Serializable
{private Attachment attachment = null;//附件类，只是一个辅助类，表示是一个附件public Email(){this.attachment = new Attachment();}public Object deepClone() throws IOException,ClassNotFoundException,OptionalDataException{//将对象写入流中ByteArrayOutputStream bao = new ByteArrayOutputStream();//将流写出到字节数组ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bao);//处理流封装，以对象的方式输出oos.writeObject(this);//处理之后，就可以将对象输出到字节数组//将对象从流中读取ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bao.toByteArray());//从字节数组中获取流，这里其实就相当于复制了ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);//将获取的流处理封装，封装成对象return (ois.readObject());//读取对象并输出}public Attachment getAttachment(){return this.attachment;}public void display(){System.out.println("查看邮件");}}

在这里，其实我们是利用序列化的方式，然后将对象写成流，复制，然后转成对象，这样就不是单纯的引用了。

接下来就是辅助类:

//附件类Attachment
public class Attachment implements Serializable
{public void download(){System.out.println("下载附件");}
}

接下来是客户端的代码:

public class Client
{public static void main(String args[]){Email email,copyEmail;email = new Email();copyEmail = (Email)email.clone();System.out.println(emial==copyEmail);System.out.println(email.getAttachment()==copyEmail.getAttachment());}
}

这里的输出就都是false了，因为Email里面的附件复制时我们也是用流的方式搞定的。特别注意，我们想要通过序列化的方式进行复制，就是将整个对象进行序列化，所以Email自己要实现Serializable表示接口（没错，还是标识的作用，并不需要实现具体方法），而我们序列化的过程中，attachment必然也要序列化所以，Attachment也要实现序列化接口。

五、模式优点、缺点

(一)模式优点

简化对象的创建过程，通过复制一个已有实例可以提高新实例的创建效率
扩展性较好
简化创建结构，原型模式中产品的复制是通过封装在原型类中的克隆方法实现的，无须专门的工厂类来创建产品
可以使用深克隆的方式保存对象的状态，以便在需要的时候使用，可辅助实现撤销操作

(二)模式缺点

需要为每一个类配备一个克隆方法，而且该克隆方法位于一个类的内部，当对已有的类进行改造时，需要修改源代码，违背了开闭原则
在实现深克隆时需要编写较为复杂的代码，而且当对象之间存在多重的嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支持深克隆，实现起来可能会比较麻烦（需要克隆的对象及其内部所有对象都要保证实现了Serializable接口！！）

五、使用情景

创建新对象成本较大，新对象可以通过复制已有对象来获得，如果是相似对象，则可以对其成员变量稍作修改
系统要保存对象的状态，而对象的状态变化很小
需要避免使用分层次的工厂类来创建分层次的对象

六、延申及拓展

序列化及深克隆过程的理解可能需要知道java IO的知识，大家也可以搜索搜索，深克隆注释写在代码了，看看大家能不能读懂了

总结

本篇文章主要介绍设计模式的原型模式，同时附加了自己的一些小的思考，希望大家也能指出不足。

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