设计模式(9)——原型模式

设计模式

本文介绍原型模式的概念和应用。

基本思想和原则

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。

动机

当我们需要创建大量对象时，如果用传统的new一个对象的方式，在效率上会比较低，因为类的初始化过程开销较大，我们可以通过直接拷贝一个对象来获得一个新对象。另外在多线程场景下，由于在同一个对象上操作为了保证线程安全就需要加锁，降低了并发性能，这时我们一般希望产生不同对象进行操作。这些场景都是原型模式的适用场景。

实现

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public class Minion implements Cloneable {

    private int id;

    public Minion(int id) {
        this.id = id;
    }

    public void sing() {
        System.out.println("Ba-ba-ba, Ba-banana. Ba-ba-ba, Ba-banana～");
    }

    public void eat() {
        System.out.println("Minion eat!");
    }

    public void sleep() {
        System.out.println("Minion sleep!");
    }

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

    public int getId() {
        return this.id;
    }

    @Override
    public Minion clone() {
        Minion minion = null;
        try {
            minion = (Minion)super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return minion;
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int count = 10;
        Minion minion = new Minion(0);
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            Minion cloneMinion = minion.clone();
            cloneMinion.setId(i);
            System.out.print("Minion " + cloneMinion.getId() + " is singing: ");
            cloneMinion.sing();
        }
    }
}

输出如下：

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Minion 0 is singing: Ba-ba-ba, Ba-banana. Ba-ba-ba, Ba-banana～
Minion 1 is singing: Ba-ba-ba, Ba-banana. Ba-ba-ba, Ba-banana～
Minion 2 is singing: Ba-ba-ba, Ba-banana. Ba-ba-ba, Ba-banana～
Minion 3 is singing: Ba-ba-ba, Ba-banana. Ba-ba-ba, Ba-banana～
Minion 4 is singing: Ba-ba-ba, Ba-banana. Ba-ba-ba, Ba-banana～
Minion 5 is singing: Ba-ba-ba, Ba-banana. Ba-ba-ba, Ba-banana～
Minion 6 is singing: Ba-ba-ba, Ba-banana. Ba-ba-ba, Ba-banana～
Minion 7 is singing: Ba-ba-ba, Ba-banana. Ba-ba-ba, Ba-banana～
Minion 8 is singing: Ba-ba-ba, Ba-banana. Ba-ba-ba, Ba-banana～
Minion 9 is singing: Ba-ba-ba, Ba-banana. Ba-ba-ba, Ba-banana～

上面的代码中定义了一个“小黄人”类Minion，需要产生大量小黄人，这里可以使用原型模式。我们将Minion类实现了Cloneable接口，如果去查看Cloneable接口，会发现这个接口里实际上没有任何方法：

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public interface Cloneable {
}

很奇怪吧？那么这个clone方法从何而来呢？在Object类中我们找到下面的代码：

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protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

可以看出clone方法是从Object类继承而来的，Java中几乎所有对象都是继承自Object类，另外@Override修饰也说明了clone方法是继承而来的。所以Cloneable接口只是简单地标记一个类可以调用clone方法。

需要注意的是，拷贝分为浅拷贝和深拷贝。上面这种方式是浅拷贝，浅拷贝的意思是只复制基本类型的数据，对于引用数据，比如数组、集合、哈希表或其他类的实例对象，只复制引用。如果要实现深拷贝，需要自行在clone方法中对响应对象做拷贝操作。

优点

原型模式在需要大量产生对象的时候比直接new一个对象性能上更好，类初始化的时候比较耗费资源，原型模式是直接在内存中通过拷贝二进制数据来获得一个新对象，因此性能上占优势。而且原型模式在拷贝时不会调用构造函数，这在某些时候有一定用处。

设计模式