# Prototype Pattern

# 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，快速地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 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对象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，但对于已有的类不一定很容易，特别当一个类引用不支持串行化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。 2、必须实现 Cloneable 接口。

使用场景： 1、资源优化场景。 2、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。 3、性能和安全要求的场景。 4、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。 5、一个对象多个修改者的场景。 6、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。 7、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。

** 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，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。

原型模式的 UML 图

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。

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