本篇Blog继续学习创建型模式，了解如何更优雅的创建对象，本篇学习的是原型模式。由于学习的都是设计模式，所有系列文章都遵循如下的目录：
模式档案：包含模式的定义、模式的特点、解决什么问题、优缺点、使用场景模式结构：包含模式的角色定义及调用关系模式示例：包含模式的实现方式代码举例模式对比：如果模式相似，有必要体现其相似点，区分使用模式实践：如果工作中或开源项目用到了该模式，就将使用过程贴到这里，并且客观讨论使用的是否恰当
接下来所有设计模式的介绍都暂且遵循此基本行文逻辑吗，对于模式实践有则增加，没有就不需要了。
模式档案模式定义：用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象。在这里，原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效，根本无须知道对象创建的细节。在有些系统中，存在大量相同或相似对象的创建问题，如果用传统的构造函数来创建对象，会比较复杂且耗时耗资源，用原型模式生成对象就很高效
模式特点：主要特点是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。浅拷贝通过实现 Cloneable重写，深拷贝是通过实现 Serializable 读取二进制流
解决什么问题：主要解决复杂或常用对象的高性能快速创建问题，当所需对象和原型对象相差无几且创建成本高时，使用原型模式比使用构造方法性能更高、限制更少。
优点：性能高；逃避构造函数的约束（可访问性等）。
缺点：有如下几个使用不变的地方或缺点
需要为每一个类都配置一个 clone 方法clone 方法位于类的内部，当对已有类进行改造的时候，需要修改代码，违背了开闭原则。当实现深克隆时，需要编写较为复杂的代码，而且当对象之间存在多重嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支持深克隆，实现起来会比较麻烦。因此，深克隆、浅克隆需要运用得当。
使用场景： 原型模式通常适用于以下场景。
对象之间相同或相似，即只是个别的几个属性不同的时候。创建对象成本较大，例如初始化时间长，占用CPU太多，或者占用网络资源太多等，需要优化资源。创建一个对象需要繁琐的数据准备或访问权限等，需要提高性能或者提高安全性。系统中大量使用该类对象，且各个调用者都需要给它的属性重新赋值。
在 Spring 中，原型模式应用的非常广泛，例如 scope='prototype'、JSON.parseObject() 等都是原型模式的具体应用
模式结构原型模式包含抽象原型类、具体原型类、访问类三个角色
抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的接口。具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。
角色的相互调用关系如下图所示：
原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆，详细可以看我这篇Blog: 【Java SE基础 四】封装、继承、多态
浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址，基本类型属性复制一份。深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址。
Java 中的 Object 类提供了浅克隆的 clone() 方法，具体原型类只要实现 Cloneable 接口就可实现对象的浅克隆，这里的 Cloneable 接口就是抽象原型类。其代码如下：
//具体原型类
class Realizetype implements Cloneable {
Realizetype() {
System.out.println("具体原型创建成功！");
}
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
System.out.println("具体原型复制成功！");
return (Realizetype) super.clone();
}
}
//原型模式的测试类
public class PrototypeTest {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Realizetype obj1 = new Realizetype();
Realizetype obj2 = (Realizetype) obj1.clone();
System.out.println("obj1==obj2?" + (obj1 == obj2));
}
}
请求结果如下：
具体原型创建成功！ 具体原型复制成功！ obj1==obj2?false模式示例
同一学校的“三好学生”奖状除了获奖人姓名不同，其他都相同，属于相似对象的复制，同样可以用原型模式创建，然后再做简单修改就可以了
实现过程如下：
package com.example.designpattern.builder;
import lombok.Data;
public class ProtoTypeCitation {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
citation obj1 = new citation("TML", "同学：被评为三好学生。", "CUGB");
obj1.display();
citation obj2 = (citation) obj1.clone();
obj2.setName("GCY");
obj2.display();
}
}
//奖状类
@Data
class citation implements Cloneable {
String name;
String info;
String college;
citation(String name, String info, String college) {
this.name = name;
this.info = info;
this.college = college;
System.out.println("奖状创建成功！");
}
void display() {
System.out.println(name + info + college);
}
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
System.out.println("奖状拷贝成功！");
return super.clone();
}
}
运行结果如下：
实际使用场景中，原型模式可能就是一个拷贝器，我们更多的是将其和简单工厂结合使用。原型模式可扩展为带原型管理器的原型模式，它在原型模式的基础上增加了一个原型管理器 PrototypeManager 类。该类用 HashMap 保存多个复制的原型，Client 类可以通过管理器的 get(String id) 方法从中获取复制的原型
用带原型管理器的原型模式来生成包含“圆”和“正方形”等图形的原型，并计算其面积。分析：本实例中由于存在不同的图形类，例如，“圆”和“正方形”，它们计算面积的方法不一样，所以需要用一个原型管理器来管理它们
实现代码如下：
package com.example.designpattern.builder;
import java.util.*;
interface Shape extends Cloneable {
Object clone(); //拷贝
void countArea(); //计算面积
}
class Circle implements Shape {
private int r=5;
Circle(){
System.out.println("圆创建成功");
}
public Object clone() {
Circle w = null;
try {
w = (Circle) super.clone();
System.out.println("拷贝圆成功！");
} catch (CloneNotSupportedException e) {
System.out.println("拷贝圆失败!");
}
return w;
}
public void countArea() {
System.out.println("该圆的面积=" + 3.1415 * r * r + "n");
}
}
class Square implements Shape {
private int a=5;
Square(){
System.out.println("正方形创建成功");
}
public Object clone() {
Square b = null;
try {
b = (Square) super.clone();
System.out.println("拷贝正方形成功！");
} catch (CloneNotSupportedException e) {
System.out.println("拷贝正方形失败!");
}
return b;
}
public void countArea() {
System.out.println("该正方形的面积=" + a * a + "n");
}
}
class ProtoTypeManager {
private HashMap ht = new HashMap<>();
public ProtoTypeManager() {
Circle circle=new Circle();
Square square=new Square();
ht.put("Circle", circle );
ht.put("Square", square);
}
public Shape getShape(String key) {
Shape temp = ht.get(key);
return (Shape) temp.clone();
}
}
public class ProtoTypeShape {
public static void main(String[] args) {
ProtoTypeManager pm = new ProtoTypeManager();
Shape obj1 = pm.getShape("Circle");
obj1.countArea();
Shape obj2 = pm.getShape("Square");
obj2.countArea();
}
}
打印结果如下：
和单例模式略有不同，原型模式要做的是进行对象复制。如果说单例是一份结构一份数据，那么原型则是一份结构多份数据。当系统中存在复杂但常用对象，且不同的对象属性值略微不同时，也就是当所需对象和原型对象相差无几且创建成本高时，使用原型模式比使用构造方法性能更高、限制更少，在Java中很简单，就是clone方法，但是需要注意的是深浅拷贝的不同含义，避免拷贝对象的使用对原型对象造成影响。还有一点需要注意，原型模式和我们经常用的spring的beanutils工具类进行对象拷贝有些差异，beanutils工具类主要（不排除同类）做的是两个不同类对象之间的相同属性数据传输工作，例如不同的数据对象转换，VO、DTO等。而原型模式通常是对同类对象的拷贝。
