一篇文章搞懂程序设计模式中的原型模式(原型对象模式克隆方法)

一、相关概念

原型模式：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象（选自：大话设计模式）

原型模式：通过一个已经存在的对象，复制出更多的具有与此对象具有相同类型的新的对象。
（选自：博客园）

浅复制：将一个对象复制后，基本数据类型的变量都会重新创建，而引用类型指向的还是原对象所指向的。

深复制：将一个对象复制后，不论是基本数据类型还有引用类型，都是重新创建的。
简单来说，在深克隆中，除了对象本身被复制外，对象所包含的所有成员变量也将复制。

二、使用场景

三、涉及角色

Prototype（抽象原型类）：它是声明克隆方法的接口，是所有具体原型类的公共父类，可以是抽象类也可以是接口，甚至还可以是具体实现类。

ConcretePrototype（具体原型类）：它实现在抽象原型类中声明的克隆方法，在克隆方法中返回自己的一个克隆对象。

Client（客户类）：让一个原型对象克隆自身从而创建一个新的对象，在客户类中只需要直接实例化或通过工厂方法等方式创建一个原型对象，再通过调用该对象的克隆方法即可得到多个相同的对象。
由于客户类针对抽象原型类Prototype编程，因此用户可以根据需要选择具体原型类，系统具有较好的可扩展性，增加或更换具体原型类都很方便。

四、代码实现

原型模式的核心在于如何实现克隆方法，下面将介绍两种在Java语言中常用的克隆实现方法：

①通用实现（浅拷贝）：

通用实现（浅拷贝）

解释：这种方法可作为原型模式的通用实现，它与编程语言特性无关，任何面向对象语言都可以使用这种形式来实现对原型的克隆

②使用Java提供的clone()方法（浅拷贝）：

使用Java提供的clone()方法（浅拷贝）

解释：

为了获取对象的一份拷贝，我们可以直接利用Object类的clone()方法，具体步骤如下：

①在派生类中覆盖基类的clone()方法，并声明为public；

②在派生类的clone()方法中，调用super.clone()；

③派生类需实现Cloneable接口。

此时，Object类相当于抽象原型类，所有实现了Cloneable接口的类相当于具体原型类。

③通过序列化来实现（深拷贝）：

通过序列化来实现（深拷贝）

解释：在Java语言中，如果需要实现深克隆，可以通过序列化(Serialization)等方式来实现。
序列化就是将对象写到流的过程，写到流中的对象是原有对象的一个拷贝，而原对象仍然存在于内存中。
通过序列化实现的拷贝不仅可以复制对象本身，而且可以复制其引用的成员对象，因此通过序列化将对象写到一个流中，再从流里将其读出来，可以实现深克隆。

五、总结

原型模式是一种快速创建大量相同或相似对象的方式，在软件开发中应用较为广泛，很多软件提供的复制和粘贴操作就是原型模式的典型应用。

①优点

创建新的对象实例较为复杂时，使用原型模式可以简化对象的创建过程。

扩展性较好，由于在原型模式中提供了抽象原型类，在客户端可以针对抽象原型类进行编程，而将具体原型类写在配置文件中，增加或减少产品类对原有系统都没有任何影响。

提供了简化的创建结构，工厂方法模式常常需要有一个与产品类等级结构相同的工厂等级结构，而原型模式就不需要这样，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。

(4)可以使用深克隆的方式保存对象的状态，使用原型模式将对象复制一份并将其状态保存起来，以便在需要的时候使用（如恢复到某一历史状态），可辅助实现撤销操作。

②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。