一、前言
本篇介绍 Java 设计模式中创建型模式的最后一种--原型模式。上篇设计模式主题为 《Java 设计模式之建造者模式（四）》
二、简单介绍
原型模式是一种对象创建型模式，它采取复制原型对象的方法来创建对象的实例。使用原型模式创建的实例，具有与原型一样的数据。
# 2.1 特点
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由原型对象自身创建目标对象。即对象创建这一动作发自原型对象本身。
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目标对象是原型对象的一个克隆。即通过原型模式创建的对象，不仅仅与原型对象具有相同的结构，还与原型对象具有相同的值。
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根据对象克隆深度层次的不同，有浅度克隆与深度克隆。
# 2.2 应用场景
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在创建对象的时候，我们不只是希望被创建的对象继承其父类的基本结构，还希望继承原型对象的数据。
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希望对目标对象的修改不影响既有的原型对象（深度克隆的时候可以完全互不影响）。
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隐藏克隆操作的细节。很多时候，对对象本身的克隆需要涉及到类本身的数据细节。
三、实现方式
我们以克隆羊为例，实现类需要实现 Cloneable 接口，同时要重写从 Object 类中继承的 clone 方法：
public class Sheep implements Cloneable{
private String name;
private Date birthday;
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public Date getBirthday() {
return birthday;
}
public void setBirthday(Date birthday) {
this.birthday = birthday;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
客户端：
public class Client {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Date date = new Date(1365215478956L);
Sheep sheep = new Sheep();
sheep.setName("多利");
sheep.setBirthday(date);
Sheep clone = (Sheep) sheep.clone();
System.out.println("克隆羊名字：" + clone.getName());
System.out.println("克隆羊生日：" + clone.getBirthday());
}
}
结果：
克隆羊名字：多利
克隆羊生日：Sat Apr 06 10:31:18 CST 2013
当我们需要更多的羊时，只需调用第一只羊的 clone 方法即可，省去了给新建的对象设置属性的操作。
不过，上边的克隆方式属于浅度克隆，当对象中包含引用类型的属性时，这样浅克隆方式会存在一个问题。我们试着修改 date 的值：
public class Client {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Date date = new Date(1365215478956L);
Sheep sheep = new Sheep();
sheep.setName("多利");
sheep.setBirthday(date);
Sheep clone = (Sheep) sheep.clone();
System.out.println("克隆羊名字：" + clone.getName());
System.out.println("克隆羊生日：" + clone.getBirthday());
System.out.println("--------------------------------");
// 修改本体羊生日
date.setTime(3246584261356L);
System.out.println("本体羊生日：" + sheep.getBirthday());
System.out.println("克隆羊生日：" + clone.getBirthday());
}
}
结果打印：
克隆羊名字：多利
克隆羊生日：Sat Apr 06 10:31:18 CST 2013
--------------------------------
本体羊生日：Thu Nov 17 12:57:41 CST 2072
克隆羊生日：Thu Nov 17 12:57:41 CST 2072
我们修改本体羊的日期，结果克隆羊的日期也发生变化。
因为浅度克隆只对基本数据类型的值进行备份，而引用类型的数据只是拷贝了指向对象的引用而已。其内存表现形式如下图：
从图中可知，两只羊共用一个日期对象。因此，当我们修改日期时，两只羊的日期也发生变化。
为了解决这一个问题，我们可以使用深度克隆方式，有 2 种方式可以实现深度克隆。
方式一：在 clone 方法中将所有引用类型数据进行克隆。
实体类：
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Object obj = super.clone();
Sheep sheep = (Sheep) obj;
// 克隆时间
sheep.birthday = (Date) this.birthday.clone();
return sheep;
}
在实体类的 clone 方法中，将引用类型的数据一起克隆。
在运行客户端代码时，结果如下：
克隆羊名字：多利
克隆羊生日：Sat Apr 06 10:31:18 CST 2013
--------------------------------
本体羊生日：Thu Nov 17 12:57:41 CST 2072
克隆羊生日：Sat Apr 06 10:31:18 CST 2013
方式二：使用序列化和反序列化进行克隆
因为所有序列化方式，因此实体必须实现 Serializable 接口。
实体类：
public class Sheep implements Cloneable,Serializable{
...
}
客户端：
public class Client {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException,ClassNotFoundException, IOException {
Date date = new Date(1365215478956L);
Sheep sheep = new Sheep();
sheep.setName("多利");
sheep.setBirthday(date);
//通过序列化和反序列化进行克隆
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(sheep);
ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
Sheep clone = (Sheep) ois.readObject();
System.out.println("克隆羊名字：" + clone.getName());
System.out.println("克隆羊生日：" + clone.getBirthday());
System.out.println("--------------------------------");
// 修改本体羊生日
date.setTime(3246584261356L);
System.out.println("本体羊生日：" + sheep.getBirthday());
System.out.println("克隆羊生日：" + clone.getBirthday());
}
}
打印结果与方式一的结果一致。
深度克隆的内存表现形式如下图：
四、性能比较
使用原型模式创建对象并不会调用类的构造方法。因此，在构造函数调用长且需要重复创建该类的实例的情况下，使用原型模式创建对象的优势就体现出来了。
实体类：
public class Sheep implements Cloneable{
private String name;
private Date birthday;
public Sheep() {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public Date getBirthday() {
return birthday;
}
public void setBirthday(Date birthday) {
this.birthday = birthday;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
延迟构造器调用的时间。
客户端：
public class Client {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Sheep sheep = new Sheep();
int num = 1000;
long t1 = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < num; i++) {
Sheep tmp = new Sheep();
}
System.out.println("new 方式耗时：" + (System.currentTimeMillis() - t1) + "ms");
long t2 = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < num; i++) {
Sheep tmp = (Sheep) sheep.clone();
}
System.out.println("克隆方式耗时：" + (System.currentTimeMillis() - t2) + "ms");
}
}
结果：
new 方式耗时：10298ms
克隆方式耗时：1ms
