【設計模式】——原型模式

【情景展示】

    某大學計算機畢業生小李，帶着滿腔熱血和激情走進社會這個人生課堂。租好了房子，小李就準備上班了。早在大三的時候，學校就已經沒有課程了，那時的小李就已經開始找工作。爲了找到一個合適、專業對口的工作，小李下了很大的功夫重新惡補之前學過的計算機專業知識，如數據結構、計算機網絡、軟件工程、軟件設計模式等等。功夫不負有心人，終於小李在X城市找到了一份軟件開發的工作，在XX軟件股份有限公司任職，待遇在同行業來說還是比較好的（看來，臨時抱佛腳還是有點效果的），就是離小李租住的地方有點遠，不過幸好有公交車直達公司。

    對於剛畢業的大學生來說，第一份工作都是比較重要的，因爲第一份工作是你踏進社會的一個橋樑，你可以通過它來慢慢步入社會，而不至於迷茫得不知所措，因爲，你還有足夠的時間思考下一步該怎麼走。小李很珍惜這份工作，工作很勤奮，認真，也充滿了工作的熱情。小李每天生活得很有規律：早上7:00起牀（當然，年輕人總是愛個睡懶覺，早上總是賴牀，有時也會拖到7:15起牀），7:30準時離開家去坐公交車，8:30到公司附近的公交站下車，經過路旁的早餐車會順便買好早餐一起帶到公司，中午飯在公司附近的小餐館解決，然後再辦公室的座椅上小憩一會兒，13:30又開始了下午的工作。

    下午17:30準時下班。下班回家之後，小李隨便在哪裏解決一下晚飯（反正是一人吃飽，全家不餓，很省心啊），然後就是晚上的娛樂時間了，上上網，看看電影，有時也學習學習。

    時間如白駒過隙，小李就這樣日復一日地在公司待了一年。面對整日重複同樣的工作、生活，小李感覺就像每天都在循環中度過，而且這個循環不知道什麼時候爲止。哎，實在是讓人有點麻木，才工作一年的小李就已經生出厭煩的心態了。對於心高氣傲的年輕人來說，最怕的就是這種心態，一定要學會淡定，從容地對待生活和工作，要保持平和的心態，靜下心來仔細地想一想，自己工作中的得與失，學會讓自己思考問題，學會去面對，讓自己變得成熟起來。理想和現實總是存在着一定的距離，我們要努力奮鬥逐漸縮短理想和現實之間的差距，生活就會越來越美好。小李是一個聰明的小夥子，他想明白這一點。於是，他開始學習新的知識，擴大自身的專業素養和工作能力，不再像之前那樣沒有目標地向前走了，小李的生活也越發變得充實、豐富多彩起來，不再覺得那麼無聊了。

“溫故而知新”，小李先開始對之前的專業知識進行鞏固學習，這次不再像找工作時的臨時突擊式的學習了，而是系統地學習，增強自身的專業知識。設計模式是小李最琢磨不透的一門計算機知識，他感覺設計模式很抽象，很難懂。但是，小李還是堅持學習了一些設計模式方面的知識，所謂熟能生巧，看的多了自然就領悟的多了，也就會有一些心得。小李開始對設計模式感興趣起來，當他看到關於原型設計模式的介紹的時候，想想自己每天的經歷，不由得哈哈大笑：“生活——學習……原來最好的學習課本就隱藏在我們的日常生活中……”

【模式定義】

    原型模式（Prototype Pattern），用原型實例指定創建對象的種類，並且通過複製這些原型創建新的對象。

    這個模式有個最大的特點就是克隆一個現有的對象，這個克隆的結果有兩種，一種是淺複製，一種是深複製

    通過原型模式可以快速地創建一個對象而不需要提供專門的new()操作。

    原型模式的核心是一個clone方法。

【靜態建模】

原型模式結構圖：

小李生活結構圖：

DayLife —— 原型類

ILifeFactory —— 生成原型的工廠

LifeFactoryImpl —— 原型工廠實現類

Client —— 客戶端應用程序

【模式實現】

工程結構圖：

1、原型的建立——DayLife

package com.prototype.pojo;

public class DayLife implements Cloneable{
    //構造方法
    public DayLife(){
        System.out.println("-----執行構造方法了-------");
    }
    //起牀
    private String getUp;
    //坐公交
    private String byBus;
    //下車，買早點
    private String getFood;
    //中午小憩
    private String noon;
    //下午開始工作
    private String afternoonWork;
    //下班回家
    private String goHome;
    //晚上休閒
    private String night;

    public String getGetUp() {
        return getUp;
    }

    public void setGetUp(String getUp) {
        this.getUp = getUp;
    }

    public String getByBus() {
        return byBus;
    }

    public void setByBus(String byBus) {
        this.byBus = byBus;
    }

    public String getGetFood() {
        return getFood;
    }

    public void setGetFood(String getFood) {
        this.getFood = getFood;
    }

    public String getNoon() {
        return noon;
    }

    public void setNoon(String noon) {
        this.noon = noon;
    }

    public String getAfternoonWork() {
        return afternoonWork;
    }

    public void setAfternoonWork(String afternoonWork) {
        this.afternoonWork = afternoonWork;
    }

    public String getGoHome() {
        return goHome;
    }

    public void setGoHome(String goHome) {
        this.goHome = goHome;
    }

    public String getNight() {
        return night;
    }

    public void setNight(String night) {
        this.night = night;
    }

    /**
     * 打印輸出日常生活信息
     */
    public void print(){
        System.out.println(this.getUp);
        System.out.println(this.getByBus());
        System.out.println(this.getGetFood());
        System.out.println(this.getNoon());
        System.out.println(this.getAfternoonWork());
        System.out.println(this.getGoHome());
        System.out.println(this.getNight());
    }

    /**
     * clone方法
     */
    @Override
    public DayLife clone(){
        try {
            //調用超類的clone方法
            return (DayLife) super.clone();
        }catch (Exception e){
        }
        return null;
    }
}

2、創建生成原型對象的工廠

2.1 抽象工廠——ILifeFactory工廠類

package com.prototype.factory;

import com.prototype.pojo.DayLife;

/**
 * 工廠類
 */
public interface ILifefactory {
    /**
     * 生產DayLife對象
     */
    public DayLife getNewInstance();
}

2.2 具體工廠——LifeFactoryImpl工廠實現類

package com.prototype.factory.impl;

import com.prototype.factory.ILifefactory;
import com.prototype.pojo.DayLife;

/**
 * 工廠實現類
 */
public class LifeFactoryImpl implements ILifefactory{
    //DayLife對象實例用於初始化
    private static DayLife dayLife = null;
    /**
     * getNewInstance方法實現：
     * 首先判斷dayLife是否爲null
     * 如果是null，則使用new創建一個DayLife對象，同時設置初始內容，並
     * 賦值給dayLife對象實例，然後返回；
     * 如果不是null，則使用dayLife的clone方法產生一個新對象並複製給
     * dayLife對象，然後返回
     */
    @Override
    public DayLife getNewInstance() {
        //判斷dayLife是否爲null
        if (dayLife == null){
            //如果爲null
            //輸出是使用new產生的對象。注意：new這個只使用一次！
            System.out.println("new DayLife !");
            //設置dayLife內容
            dayLife = new DayLife();
            dayLife.setGetUp("7:00 起牀");
            dayLife.setByBus("7:30 坐公交車");
            dayLife.setGetFood("8:30 到公司附近的公交站下車，經過路旁的" +
                    "早餐車時買好早點一起帶到公司");
            dayLife.setNoon("午餐在公司附近的小餐館解決，然後在辦公室的" +
                    "座椅上小憩一會兒");
            dayLife.setAfternoonWork("13:30 開始了下午的工作");
            dayLife.setGoHome("17:30 準時下班");
            dayLife.setNight("晚上休閒娛樂");
        }else{
            //如果不爲null
            //輸出是使用clone方法產生的對象
            System.out.println("clone DayLife !");
            //將clone對象賦值給dayLife，返回
            dayLife = dayLife.clone();
        }
        return dayLife;
    }
}

3、大學生初入社會的生活展現——Client

package com;

import com.prototype.factory.ILifefactory;
import com.prototype.factory.impl.LifeFactoryImpl;
import com.prototype.pojo.DayLife;

/**
 * 主應用程序
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args){
        //創建工廠
        ILifefactory lifefactory = new LifeFactoryImpl();
        //打印輸出DayLife默認內容
        lifefactory.getNewInstance().print();

        //再次獲得DayLife，修改GetUp內容後輸出內容
        System.out.println("------------------------");
        DayLife dayLife = lifefactory.getNewInstance();
        dayLife.setGetUp("早上賴牀了！7:15才起牀！");
        dayLife.print();

        //再次獲得DayLife，修改GetUp內容後輸出內容
        System.out.println("------------------------");
        DayLife dayLife2 = lifefactory.getNewInstance();
        dayLife2.setGetUp("早上賴牀了！7:30才起牀！");
        dayLife2.print();
    }
}

4、運行效果

【深複製&淺複製】

package com;

import java.util.ArrayList;

public class Test implements Cloneable{

    //私有屬性
    private ArrayList<String> nameList = new ArrayList<String >();

    //添加內容
    public void add(String s){
        this.nameList.add(s);
    }

    //獲得ArrayList對象
    public ArrayList<String> get() {
        return this.nameList;
    }

    //clone方法
    @Override
    public Test clone(){
        try{
            //---------淺複製-------------
            // return (Test) super.clone();
            //---------淺複製-------------

            //---------深複製-------------
            Test test = (Test) super.clone();
            test.nameList = (ArrayList<String>) this.nameList.clone();
            return test;
            //---------深複製-------------
        }catch (CloneNotSupportedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args){
        //創建test對象
        Test test = new Test();
        //設置test對象內容
        test.add("aa");
        test.add("bb");

        //打印顯示test中的nameList內容
        System.out.println("test:" + test.get());

        //克隆test對象生成test2對象
        Test test2 = test.clone();
        //添加“cc”內容到test2對象中
        test2.add("cc");
        //打印顯示test2中的nameList內容
        System.out.println("test2:" + test2.get());
        System.out.println("test:" + test.get());
    }
}

1、淺複製效果：

    Object類的clone方法只是複製本對象的原始數據類型，如int，float，String等，對於數組和對象應用等是不會複製的。因此，淺複製是有風險的。

2、深複製效果：

    深複製是指對於對象中的數組和對象引用也做複製的行爲，從而達到將對象完全複製的效果。

【小結】

1、原型模式

    用原型實例指定創建對象的種類，並且通過複製這些原型創建新的對象。

2、注意事項

（1）克隆對象時，原始對象的構造方法不被執行。

（2）淺複製：淺複製只是複製本對象的原始數據類型，如int，float，String等，對於數組和對象應用等是不會複製的。因此，淺複製是有風險的。

（3）深複製：不但對原始數據類型做複製，對於對象中的數組和對象引用也做複製的行爲，從而達到將對象完全複製的效果。

3、設計原則

（1）考慮產生對象的複雜度和類複用；

（2）結合系統結構考慮使用淺複製還是深複製。

4、使用場合

（1）產生對象過程比較複雜，初始化需要許多資源時；

（2）希望框架原型和產生對象分開時；

（3）同一個對象可能會供其他調用者同時調用訪問時。