前言
《設計模式自習室》系列，顧名思義，本系列文章帶你溫習常見的設計模式。主要內容有：
- 該設計模式的詳細介紹，包括： 引子，意圖（大白話解釋） 類圖，時序圖（理論規範）
- 該模式的代碼示例：熟悉該模式的代碼長什麼樣子
- 該模式的優缺點：不可以濫用模式
- 該模式的實際使用案例：瞭解它在哪些重要的源碼中出現過
該系列會逐步更新於我的博客和公眾號（博客見文章底部）
也希望各位觀眾老爺能夠關注我的個人公眾號：後端技術漫談，不會錯過精彩好看的文章。
系列文章回顧
- 【設計模式自習室】開篇：為什麼我們要用設計模式？
- 【設計模式自習室】建造者模式
原型模式 Prototype
引子
還記得深克隆和淺克隆的區別嗎？其實這裡說的克隆，就是原型模式。
原型模式要求對象實現一個可以克隆自身的接口(類型)。這樣一來，通過原型實例創建新的對象。
原型模式也屬於創建型模式。
意圖
原型模式有兩種表現形式：
- 簡單形式
- 登記形式
他們的區別在於：第二種登記模式中，多了一個原型管理器(PrototypeManager)角色，該角色的作用是：創建具體原型類的對象，並記錄每一個被創建的對象。
如果需要創建的原型對象數目較少而且比較固定的話，可以採取簡單形式。在這種情況下，原型對象的引用可以由客戶端自己保存。
否則，你可以使用登記形式。原型管理器的作用:
在登記形式下，客戶端不保存對原型對象的引用，這個任務被交給原型管理器角色。在克隆一個對象之前，客戶端可以查看管理員對象是否已經有一個滿足要求的原型對象。如果有，可以從原型管理器角色中取得這個對象引用；如果沒有，客戶端就需要自行復制此原型對象。
類圖
簡單形式
- 客戶(Client)：客戶類提出創建對象的請求；
- 抽象原型(Prototype)：這是一個抽象角色，通常是一個Java接口或者抽象類。此角色定義了的具體原型類所需的實現的方法。
- 具體原型(Concrete Prototype)：此角色需要實現抽象原型角色要求的克隆相關的接口。
登記形式
多出了：
- 原型管理器(PrototypeManager)：客戶端client直接調用原型管理器
時序圖
無
使用舉例和實際使用場景舉例
本文將使用舉例和實際使用場景舉例放在一起來討論，是由於原型模式最典型的例子就是Java的深克隆和淺克隆 （clone方法），我們直接使用深克隆和淺克隆的代碼來熟悉原型模式。
clone()方法將對象複製了一份並返還給調用者。所謂“複製”的含義與clone()方法是怎麼實現的。一般而言，clone()方法滿足以下的描述：
<code>（1
）對任何的對象x，都有：x.clone
()!=x。換言之，克隆對象與原對象不是同一個對象。 （2
）對任何的對象x，都有：x.clone
().getClass() == x.getClass()，換言之，克隆對象與原對象的類型一樣。 （3
）如果對象x的equals()方法定義其恰當的話，那麼x.clone
().equals(x)應當成立的。 /<code>
在JAVA語言的API中，凡是提供了clone()方法的類，都滿足上面的這些條件。JAVA語言的設計師在設計自己的clone()方法時，也應當遵守著三個條件。一般來說，上面的三個條件中的前兩個是必需的，而第三個是可選的。
淺複製 clone()
當進淺複製時，clone函數返回的是一個引用，指向的是新的clone出來的對象，此對象與原對象分別佔用不同的堆空間。同時，複製出來的對象具有與原對象一致的狀態。
此處對象一致的狀態是指：複製出的對象與原對象中的屬性值完全相等==。
代碼示例：
我們複製一本書
1.定義Book類和Author類：
<code>class
Author
{private
String name;private
int
age;public
StringgetName
()
{return
name; }public
void
setName
(String name)
{this
.name = name; }public
int
getAge
()
{return
age; }public
void
setAge
(
int
age) {this
.age = age; } } /<code>
<code>class
Book
implements
Cloneable
{private
String title;private
int
pageNum;private
Author author;public
Bookclone
()
{ Book book =null
;try
{ book = (Book)super
.clone(); }catch
(CloneNotSupportedException e) { e.printStackTrace(); }return
book; }public
StringgetTitle
()
{return
title; }public
void
setTitle
(String title)
{this
.title = title; }public
int
getPageNum
()
{return
pageNum; }public
void
setPageNum
(
int
pageNum) {this
.pageNum = pageNum; }public
AuthorgetAuthor
()
{return
author; }public
void
setAuthor
(Author author)
{this
.author = author; } } /<code>
2.測試：
<code>package com.qqyumidi;public
class
PrototypeTest
{public
static
void
main
(String[] args
) { Book book1 =new
Book(); Author author =new
Author(); author.setName("corn"
); author.setAge(100
); book1.setAuthor(author); book1.setTitle("好記性不如爛博客"
); book1.setPageNum(230
); Book book2 = book1.clone(); System.out
.println(book1 == book2); System.out
.println(book1.getPageNum() == book2.getPageNum()); System.out
.println(book1.getTitle() == book2.getTitle()); System.out
.println(book1.getAuthor() == book2.getAuthor()); } } /<code>
雖然複製出來的對象重新在堆上開闢了內存空間，但是，對象中各屬性確保持相等。對於基本數據類型很好理解，但對於引用數據類型來說，則意味著此引用類型的屬性所指向的對象本身是相同的， 並沒有重新開闢內存空間存儲。換句話說，引用類型的屬性所指向的對象並沒有複製。
由此，我們將其稱之為淺複製。
而當複製後的對象的引用類型的屬性所指向的對象也重新得以複製，此時，稱之為深複製。
深複製 deepclone()
Java中的深複製一般是通過對象的序列化和反序列化得以實現。序列化時，需要實現Serializable接口。
從輸出結果中可以看出，深複製不僅在堆內存上開闢了空間以存儲複製出的對象，甚至連對象中的引用類型的屬性所指向的對象也得以複製，重新開闢了堆空間存儲。
深複製的兩種實現方式
在Java語音中，想要實現深度拷貝其實有兩種方式：
- 通過序列化
- 重寫clone，調用子成員的clone方法
代碼示例：通過 序列化 實現深複製
<code>public
ObjectdeepClone
()
throws
IOException, ClassNotFoundException{ ByteArrayOutputStream bos =new
ByteArrayOutputStream(); ObjectOutputStream oos =new
ObjectOutputStream(bos); oos.writeObject(this
); ByteArrayInputStream bis =new
ByteArrayInputStream(bos.toByteArray()); ObjectInputStream ois =new
ObjectInputStream(bis);return
ois.readObject(); } /<code>
代碼示例：通過 重寫clone 實現深複製
1.定義Book類和Author類（注意：不僅Book類需要實現Serializable接口，Author同樣也需要實現Serializable接口!!）：
<code>class
Author
implements
Serializable
{private
String name;private
int
age;public
StringgetName
()
{return
name; }public
void
setName
(String name)
{this
.name = name; }public
int
getAge
()
{return
age; }public
void
setAge
(
int
age) {this
.age = age; } } /<code>
<code>class
Book
implements
Serializable
{private
String title;private
int
pageNum;private
Author author;public
BookdeepClone
()
throws
IOException, ClassNotFoundException{ ByteArrayOutputStream bos =new
ByteArrayOutputStream(); ObjectOutputStream oos =new
ObjectOutputStream(bos); oos.writeObject(this
); ByteArrayInputStream bis =new
ByteArrayInputStream(bos.toByteArray()); ObjectInputStream ois =new
ObjectInputStream(bis);return
(Book) ois.readObject(); }public
StringgetTitle
()
{return
title; }public
void
setTitle
(String title)
{this
.title = title; }public
int
getPageNum
()
{return
pageNum; }public
void
setPageNum
(
int
pageNum) {this
.pageNum = pageNum; }public
AuthorgetAuthor
()
{return
author; }public
void
setAuthor
(Author author)
{this
.author = author; } } /<code>
2.測試：
<code>public
class
PrototypeTest
{public
static
void
main
(String[] args
) throws ClassNotFoundException, IOException { Book book1 =new
Book(); Author author =new
Author(); author.setName("corn"
); author.setAge(100
); book1.setAuthor(author); book1.setTitle("好記性不如爛博客"
); book1.setPageNum(230
); Book book2 = book1.deepClone(); System.out
.println(book1 == book2); System.out
.println(book1.getPageNum() == book2.getPageNum()); System.out
.println(book1.getTitle() == book2.getTitle()); System.out
.println(book1.getAuthor() == book2.getAuthor()); } } /<code>
深複製不僅在堆內存上開闢了空間以存儲複製出的對象，甚至連對象中的引用類型的屬性所指向的對象也得以複製，重新開闢了堆空間存儲。
該模式的優缺點
優點
原型模式允許在運行時動態改變具體的實現類型。原型模式可以在運行期間，有客戶來註冊符合原型接口的實現類型，也可以動態的改變具體的實現類型，看起來接口沒有任何變化，但是其實運行的已經是另外一個類實體了。因為克隆一個原型對象就類似於實例化一個類。
缺點
缺點就是…你需要自己寫一個clone方法
參考
https://juejin.im/post/5b48bec15188251b3d79bf9c
https://www.cnblogs.com/java-my-life/archive/2012/04/11/2439387.html
https://www.jianshu.com/p/b0e13717b6d9
《Head First設計模式》
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