介绍

原型模式 (Prototype Pattern) 是一种创建型设计模式，它通过克隆现有的对象来创建新对象。这种方式的主要优势是在运行时不需要知道具体的类，只需要知道一个实例对象即可。

在java中，我们可以使用 java.lang.cloneable接口和clone()方法来实现原型模式

意图：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

主要解决：在运行期建立和删除原型

如何解决：利用已有的一个原型对象，快速的生成和原型对象一样的实例

关键代码：

1、实现克隆操作，在java中的原型对象中实现cloneable接口，重写clone()，在.NET中可以使用Object类的MemberwiseClone()方法来实现对象的浅拷贝或通过序列化的方式来实现深拷贝。 2、原型模式同样用于隔离类独享的使用者和具体类型(易变类)之间的耦合关系，它同样要求这些 ”易变类” 拥有稳定的接口。

应用实例：1、细胞分裂，2、java中的Object clone()方法。

优点：

1、性能提高 2、逃避构造函数的约束

缺点：

1、配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类不是很难，但对与已有的类不一定很容易，特别当一个类引用不支持串行话的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。 2、必须实现Cloneable接口

注意事项：与通过对一个类进行实例化来构造新对象不同的是，原型模式是通过拷贝一个现有对象生成新对象的。浅拷贝实现Cloneable重写clone()，深拷贝是通过实现Serializable读取二进制流

我们将创建一个抽象类 Shape 和扩展了 Shape 类的实体类。下一步是定义类 ShapeCache，该类把 shape 对象存储在一个 Hashtable 中，并在请求的时候返回它们的克隆。

PrototypePatternDemo 类使用 ShapeCache 类来获取 Shape 对象。

以下是一个使用原型模式的java代码示例：

// 抽象原型类
public abstract class Shape implements Cloneable {
    private String id;
    protected String type;

    abstract void draw();

    public String getType() {
        return type;
    }

    public String getId() {
        return id;
    }

    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }

    public Object clone() {
        Object clone = null;
        try {
            clone = super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return clone;
    }
}

// 具体原型类
public class Rectangle extends Shape {
    public Rectangle() {
        type = "Rectangle";
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
    }
}

public class Square extends Shape {
    public Square() {
        type = "Square";
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Inside Square::draw() method.");
    }
}

public class Circle extends Shape {
    public Circle() {
        type = "Circle";
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
    }
}

// 创建一个类，从数据库获取实体类，并把它们存储在一个 Hashtable 中。
public class ShapeCache {
    private static Hashtable<String, Shape> shapeMap = new Hashtable<String, Shape>();

    public static Shape getShape(String shapeId) {
        Shape cachedShape = shapeMap.get(shapeId);
        return (Shape) cachedShape.clone();
    }

   // 对每种形状都运行数据库查询，并创建该形状
   // shapeMap.put(shapeKey, shape);
   // 例如，我们要添加三种形状
    public static void loadCache() {
        Circle circle = new Circle();
        circle.setId("1");
        shapeMap.put(circle.getId(), circle);

        Square square = new Square();
        square.setId("2");
        shapeMap.put(square.getId(), square);

        Rectangle rectangle = new Rectangle();
        rectangle.setId("3");
        shapeMap.put(rectangle.getId(), rectangle);
    }
}

//PrototypePatternDemo 使用 ShapeCache 类来获取存储在 Hashtable 中的形状的克隆。
// 使用原型模式的测试类
public class PrototypeTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        ShapeCache.loadCache();
        Shape clonedShape = (Shape) ShapeCache.getShape("1");
        System.out.println("Shape : " + clonedShape.getType());
        Shape clonedShape2 = (Shape) ShapeCache.getShape("2");
        System.out.println("Shape : " + clonedShape2.getType());
        Shape clonedShape3 = (Shape) ShapeCache.getShape("3");
        System.out.println("Shape : " + clonedShape3.getType());
    }
}

在这个例子中，Shape是抽象原型类，它定义了clone()方法；Rectangle、Square和Circle是具体原型类，它们实现了Shape类的draw()方法；PrototypeTest是测试类，它使用ShapeCache类来获取Shape对象的克隆

使用Serializable实现深拷贝

import java.io.*;

class MyClass implements Serializable {
    private int num;
    private String str;

    public MyClass(int num, String str) {
        this.num = num;
        this.str = str;
    }

    public MyClass deepCopy() {
        try {
            // 将对象写入到字节输出流中
            ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
            oos.writeObject(this);

            // 从字节输入流中读取对象
            ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
            return (MyClass) ois.readObject();
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

这段代码中，我们首先创建了一个实现了**Serializable接口的类MyClass 。然后在MyClass中定义了一个deepCopy方法，该方法首先使用ObjectOutputStream将当前对象写入到一个ByteArrayOutputStream中，然后使用ObjectInputStream从一个ByteArrayInputStream**中读取对象，从而实现深拷贝。

需要注意的是，这种方法只适用于所有成员变量都是可序列化的情况。如果有不可序列化的成员变量，那么在序列化过程中会抛出**NotSerializableException**异常。此外，这种方法可能会有一些性能问题，因为它涉及到序列化和反序列化操作，这些操作相对较慢并且可能会消耗较多的内存。所以在实际使用时需要根据具体情况来选择是否使用这种方法。

end