簡介
對于大部分系統來說，創建物件包括申請記憶體、給成員變數賦值等程序，這些操作耗費的時間基本可以忽略不計，
如果物件中的資料需要經過復雜的計算才能得到（比如排序、計算哈希值），或者需要從 RPC、網路、資料庫、檔案系統等非常慢速的 IO 中讀取，這其中耗費的時間有時是無法容忍的，
如果物件的創建成本比較大，而同一個類的不同物件之間差別不大（如大部分欄位都相同），在這種情況下，可以利用對已有物件（原型）進行復制的方式來創建新物件，以達到節省創建時間的目的，
這種基于原型來創建物件的方式就叫作原型設計模式（Prototype Design Pattern），
具體實作
原型模式其核心就是拷貝，而在編程語言中，拷貝有兩種實作方式：深拷貝和淺拷貝，
淺拷貝
淺拷貝只會復制物件中基本資料型別和參考物件的記憶體地址，不會遞回地復制參考物件，以及參考物件的參考物件……
對于淺拷貝來說，如果要拷貝的物件是不可變物件，淺拷貝共享不可變物件是沒問題的，但是對于可變物件來說，淺拷貝得到的物件和原始物件會共享部分資料，就有可能出現資料被修改的風險，
深拷貝
和淺拷貝不同，深拷貝得到的是一份完完全全獨立的物件，相比淺拷貝，深拷貝更加耗時、更加耗記憶體空間，
常見的深拷貝有兩種實作方式：遞回淺拷貝物件直到只包含基本資料型別資料；序列化物件再反序列化成新的物件，實際開發中更推薦使用后者，
遞回淺拷貝的 Java 代碼示例如下：
public class DeepProtoType implements Cloneable {
// String 型別
public String name;
// 參考資料型別
public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;
public DeepProtoType() {
super();
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Object deep = null;
// 這里完成對基本資料型別（屬性）和 String 型別的拷貝
deep = super.clone();
// 對參考資料型別的屬性進行單獨處理，如果有多屬性，需要一一處理
DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep;
deepProtoType.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();
return deepProtoType;
}
}
序列化物件的代碼示例如下：
public class DeepProtoType implements Serializable {
// String 型別
public String name;
// 參考資料型別
public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;
public DeepProtoType() {
super();
}
public Object deepClone() {
// 創建流物件
ByteArrayOutputStream bos = null;
ObjectOutputStream oos = null;
ByteArrayInputStream bis = null;
ObjectInputStream ois = null;
try {
// 序列化
bos = new ByteArrayOutputStream();
oos = new ObjectOutputStream(bos);
// 當前這個物件以物件流的方式輸出
oos.writeObject(this);
// 反序列化
bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ois = new ObjectInputStream(bis);
DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType) ois.writeObject();
return deepProtoType;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return null;
} finally {
try {
bos.close();
oos.close();
bis.close();
ois.close();
} catch (Exception e2) {
System.out.println(e2.getMessage());
}
}
}
}
總結
優點
原型模式的主要優點如下：
- 當創建新的物件實體較為復雜時，使用原型模式可以簡化物件的創建程序，通過復制一個已有實體可以提高新實體的創建效率
- 可以使用深拷貝方式保存物件的狀態，使用原型模式將物件復制一份，并將其狀態保存起來
- 原型模式提供了簡化的創建結構
缺點
原型模式的主要缺點如下：
- 需要為每一個類都配置一個拷貝方法
- 拷貝方法位于類的內部，當對已有類進行改造的時候，需要修改代碼，違背了開閉原則
- 當實作深拷貝的時候，需要撰寫較為復雜的代碼，而且當物件之間存在多重嵌套參考時，為了實作深拷貝，每一層物件對應的類都必須支持深拷貝
適用場景
原型模式的適用場景如下：
- 創建物件的成本較大，比如初始化時間長，占用 CPU 太多，或者占用網路資源太多等
- 如果系統要保存物件的狀態，而物件的狀態變化很小，或者物件本身占用記憶體較小時，可以使用原型模式配合備忘錄模式來實作
- 如果產生一個物件需要非常繁瑣的資料準備和訪問權限，需要提高權限或提高安全性
原始碼
在 JDK 中，對自定義的類重寫 clone() 方法就是典型的原型模式，
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