原型模式【下】

原型模式的定义

　　原型模式（Prototype Pattern）的简单程度是仅次于单例模式和迭代器模式，正是由于简单，使用的场景才非常的多，其定义如下：

　　Specify the kinds of objects to create using a prototypical instance, and create new objects by copying this prototype. 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。

　　原型模式的通用类图如下所示。

　　　简单，太简单了，原型模式的核心是一个clone方法，通过该方法进行对象的拷贝，Java提供了一个Cloneable接口来标示这个对象是可拷贝的，为什么说是“标示”呢？翻开JDK的帮助看看Cloneable是一个方法都没有的，这个接口只是一个标记作用，在JVM中具有这个标记的对象才有可能被拷贝，那怎么才能从“有可能被拷贝”转换为“可以被拷贝”呢？方法是覆盖clone()方法，是的，你没有看错是重写clone()方法，看看我们上面Mail类中的clone方法，如下所示。

	@Override
	public Mail clone(){}

　　读者请注意，在clone()方法上增加了一个注解@Override，没有继承一个类为什么可以覆写呢？想想看，在Java中所有类的老祖宗是谁？对嘛，Object类，每个类默认都是继承了这个类，所以这个用上覆写是非常正确的，——覆写了Object类中的clone方法！

　　在Java中原型模式是如此的简单，我们来看通用源代码，如下所示。

public class PrototypeClass  implements Cloneable{	
	//覆写父类Object方法
	@Override
	public PrototypeClass clone(){
		PrototypeClass prototypeClass = null;
		try {
			prototypeClass = (PrototypeClass)super.clone();
		} catch (CloneNotSupportedException e) {
			//异常处理
		}
		return prototypeClass;
	}
}

　　实现一个接口，然后重写clone方法，就完成了原型模式！

原型模式的应用

　　原型模式的优点

　　　　◇性能优良

　　原型模式是在内存二进制流的拷贝，要比直接new一个对象性能好很多，特别是要在一个循环体内产生大量的对象时，原型模式可以更好的体现其优点。

　　　　◇逃避构造函数的约束

　　这既是它的优点也是缺点，直接在内存中拷贝，构造函数是不会执行的（见“原型模式的注意事项”），优点就是减少了约束，缺点也是减少了约束，双刃剑，需要大家在实际应用时考虑。

　　原型模式的使用场景

　　　　◇资源优化场景

　　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。

　　　　◇性能和安全要求的场景

　　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。

　　　　◇一个对象多个修改者的场景

　　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。

　　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。

原型模式的注意事项

　　原型模式虽然很简单，但是在Java中使用原型模式也就是clone方法还是有一些注意事项的，我们通过几个例子一个一个解说（如果你对Java不是很感冒的话，可以跳开以下部分）。

　　构造函数不会被执行

　　一个实现了Cloneable并重写了clone方法的类A,有一个无参构造或有参构造B，通过new关键字产生了一个对象S，再然后通过S.clone()方式产生了一个新的对象T，那么在对象拷贝时构造函数B是不会被执行的，我们来写一小段程序来说明这个问题，如下所示。

public class Thing implements Cloneable{
	public Thing(){
		System.out.println("构造函数被执行了...");
	}
	
	@Override
	public Thing clone(){
		Thing thing=null;
		try {
			thing = (Thing)super.clone();
		} catch (CloneNotSupportedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return thing;
	}
}
　　然后我们再来写一个Client类，进行对象的拷贝，如下所示。

public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		//产生一个对象
		Thing thing = new Thing();		
		//拷贝一个对象
		Thing cloneThing = thing.clone();
	}
}

　　运行结果如下所示。

构造函数被执行了...

　　对象拷贝时构造函数确实没有被执行，这点从原理来讲也是可以讲得通的，Object类的clone方法的原理是从内存中（具体的说就是堆内存）以二进制流的方式进行拷贝，重新分配一个内存块，那构造函数没有被执行也是非常正常的了。

　　浅拷贝和深拷贝

　　在解释什么是浅拷贝什么是深拷贝前，我们先来看个例子，如下所示。

public class Thing implements Cloneable{
	//定义一个私有变量
	private ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();

	@Override
	public Thing clone(){
		Thing thing=null;
		try {
			thing = (Thing)super.clone();
		} catch (CloneNotSupportedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return thing;
	}
	//设置HashMap的值
	public void setValue(String value){
		this.arrayList.add(value);
	}
	//取得arrayList的值
	public ArrayList<String> getValue(){
		return this.arrayList;
	}
}

　　在Thing类中增加一个私有变量arrayLis，类型为ArrayList,然后通过setValue和getValue分别进行设置和取值，我们来看场景类是如何拷贝的，如下所示。

public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		//产生一个对象
		Thing thing = new Thing();
		//设置一个值
		thing.setValue("张三");		
		//拷贝一个对象
		Thing cloneThing = thing.clone();
		cloneThing.setValue("李四");		
		System.out.println(thing.getValue());
	}
}

　　读者猜想一下运行结果应该是什么？是仅一个“张三”吗？运行结果如下所示。

[张三, 李四]

　　怎么会这样呢？怎么会有李四呢？让我来给你解释，是因为Java做了一个偷懒的拷贝动作，Object类提供的方法clone只是拷贝本对象，其对象内部的数组、引用对象等都不拷贝，还是指向原生对象的内部元素地址，这种拷贝就叫做浅拷贝，确实是非常浅，两个对象共享了一个私有变量，你改我改大家都能改，是一种非常不安全的方式，在实际项目中使用还是比较少的（当然，这是也是一种“危机”环境的一种救命方式）。你可能会比较奇怪，为什么在Mail那个类中就可以使用String类型，而不会产生由浅拷贝带来的问题呢？内部的数组和引用对象才不拷贝，其他的原始类型比如int,long,String(Java就希望你把String认为是基本类型，String是没有clone方法的)等都会被拷贝的。

　　注意 使用clone方法拷贝时，满足两个条件的对象才不会被拷贝：一是类的成员变量，而不是方法内的变量；二是必须是一个对象，而不是一个原始类型

　　浅拷贝是有风险的，那怎么才能深入的拷贝呢？我们修改一下程序就可以深拷贝，如下所示。

public class Thing implements Cloneable{
	//定义一个私有变量
	private ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();

	@Override
	public Thing clone(){
		Thing thing=null;
		try {
			thing = (Thing)super.clone();
			thing.arrayList = (ArrayList<String>)this.arrayList.clone();
		} catch (CloneNotSupportedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return thing;
	}
}

　　仅仅增加了黑体部分，对私有的类变量进行独立的拷贝。Client类没有任何改变，运行结果如下所示。

[张三]

　　该方法就实现了完全的拷贝，两个对象之间没有任何的瓜葛了，你修改你的，我修改我的，不相互影响，这种拷贝就叫做深拷贝，深拷贝还有一种实现方式就是通过自己写二进制流来操作对象，然后实现对象的深拷贝，这个大家有时间自己实现一下。

　　注意 深拷贝和浅拷贝建议不要混合使用，特别是是在涉及到类的继承，父类有多个引用的情况就非常的复杂，建议的方案是深拷贝和浅拷贝分开实现。

clone与final两对冤家

 

　　俗话说，不是冤家不聚头，对象的clone与对象内的final关键字是有冲突的，我们举例来说明这个问题，如下所示。

public class Thing implements Cloneable{
	//定义一个私有变量
	private final ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();

	@Override
	public Thing clone(){
		Thing thing=null;
		try {
			thing = (Thing)super.clone();	
			this.arrayList = (ArrayList<String>)this.arrayList.clone();
		} catch (CloneNotSupportedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return thing;
	}
}

　　黑体部分仅仅增加了一个final关键字，然后编译器就报斜体部分错误，正常呀，final类型你还想重设值呀！完蛋了，你要实现深拷贝的梦想在final关键字的威胁下破灭了,路总是有的，我们来想想怎么修改这个方法：删除掉final关键字，这是最便捷最安全最快速的方式。你要使用clone方法就在类的成员变量上不要增加final关键字。

　　注意 要使用clone方法，类的成员变量上不要增加final关键字。

 

小结

 

　　原型模式先产生出一个包含大量共有信息的类，然后可以拷贝出副本，修正细节信息，建立了一个完整的个性对象。不知道大家有没有看过施瓦辛格演的《第六日》这个电影，电影的主线也就是一个人被复制，然后正本和副本对掐，我们今天讲的原型模式也就是由一个正本可以创建多个副本的概念，可以这样理解:一个对象的产生可以不由零起步，直接从一个已经具备一定雏形的对象克隆，然后再修改为生产需要的对象。也就是说，产生一个人，可以不从1岁长到2岁，再3岁…，也可以直接找一个人，从其身上获得DNA，然后克隆一个，直接修改一下就是30岁了！，我们讲的原型模式也就是这样的功能，是紧跟时代潮流的哇！