原型模式

原型模式（Prototype Pattern）是用于創(chuàng)建重復的對象，同時又能保證性能。這種類型的設計模式屬于創(chuàng)建型模式，它提供了一種創(chuàng)建對象的最佳方式。

這種模式是實現(xiàn)了一個原型接口，該接口用于創(chuàng)建當前對象的克隆。當直接創(chuàng)建對象的代價比較大時，則采用這種模式。例如，一個對象需要在一個高代價的數據庫操作之后被創(chuàng)建。我們可以緩存該對象，在下一個請求時返回它的克隆，在需要的時候更新數據庫，以此來減少數據庫調用。

介紹

意圖：用原型實例指定創(chuàng)建對象的種類，并且通過拷貝這些原型創(chuàng)建新的對象。

主要解決：在運行期建立和刪除原型。

何時使用： 1、當一個系統(tǒng)應該獨立于它的產品創(chuàng)建，構成和表示時。 2、當要實例化的類是在運行時刻指定時，例如，通過動態(tài)裝載。 3、為了避免創(chuàng)建一個與產品類層次平行的工廠類層次時。 4、當一個類的實例只能有幾個不同狀態(tài)組合中的一種時。建立相應數目的原型并克隆它們可能比每次用合適的狀態(tài)手工實例化該類更方便一些。

如何解決：利用已有的一個原型對象，快速地生成和原型對象一樣的實例。

關鍵代碼： 1、實現(xiàn)克隆操作，在 JAVA 繼承 Cloneable，重寫 clone()，在 .NET 中可以使用 Object 類的 MemberwiseClone() 方法來實現(xiàn)對象的淺拷貝或通過序列化的方式來實現(xiàn)深拷貝。 2、原型模式同樣用于隔離類對象的使用者和具體類型（易變類）之間的耦合關系，它同樣要求這些"易變類"擁有穩(wěn)定的接口。

應用實例： 1、細胞分裂。 2、JAVA 中的 Object clone() 方法。

優(yōu)點： 1、性能提高。 2、逃避構造函數的約束。

缺點： 1、配備克隆方法需要對類的功能進行通盤考慮，這對于全新的類不是很難，但對于已有的類不一定很容易，特別當一個類引用不支持串行化的間接對象，或者引用含有循環(huán)結構的時候。 2、必須實現(xiàn) Cloneable 接口。 3、逃避構造函數的約束。

使用場景： 1、資源優(yōu)化場景。 2、類初始化需要消化非常多的資源，這個資源包括數據、硬件資源等。 3、性能和安全要求的場景。 4、通過 new 產生一個對象需要非常繁瑣的數據準備或訪問權限，則可以使用原型模式。 5、一個對象多個修改者的場景。 6、一個對象需要提供給其他對象訪問，而且各個調用者可能都需要修改其值時，可以考慮使用原型模式拷貝多個對象供調用者使用。 7、在實際項目中，原型模式很少單獨出現(xiàn)，一般是和工廠方法模式一起出現(xiàn)，通過 clone 的方法創(chuàng)建一個對象，然后由工廠方法提供給調用者。原型模式已經與 Java 融為渾然一體，大家可以隨手拿來使用。

注意事項：與通過對一個類進行實例化來構造新對象不同的是，原型模式是通過拷貝一個現(xiàn)有對象生成新對象的。淺拷貝實現(xiàn) Cloneable，重寫，深拷貝是通過實現(xiàn) Serializable 讀取二進制流。

實現(xiàn)

我們將創(chuàng)建一個抽象類 Shape 和擴展了 Shape 類的實體類。下一步是定義類 ShapeCache，該類把 shape 對象存儲在一個 Hashtable 中，并在請求的時候返回它們的克隆。

PrototypPatternDemo，我們的演示類使用 ShapeCache 類來獲取 Shape 對象。

步驟 1

創(chuàng)建一個實現(xiàn)了 Clonable 接口的抽象類。

Shape.java

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;
    }
}

步驟 2

創(chuàng)建擴展了上面抽象類的實體類。

Rectangle.java

public class Rectangle extends Shape {

    public Rectangle(){
        type = "Rectangle";
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
    }
}

Square.java

public class Square extends Shape {

    public Square(){
        type = "Square";
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Inside Square::draw() method.");
    }
}

Circle.java

public class Circle extends Shape {

    public Circle(){
        type = "Circle";
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
    }
}

步驟 3

創(chuàng)建一個類，從數據庫獲取實體類，并把它們存儲在一個 Hashtable 中。

ShapeCache.java

import java.util.Hashtable;

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();
    }

    // 對每種形狀都運行數據庫查詢，并創(chuàng)建該形狀
    // shapeMap.put(shapeKey, shape);
    // 例如，我們要添加三種形狀
    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);
    }
}

步驟 4

PrototypePatternDemo 使用 ShapeCache 類來獲取存儲在 Hashtable 中的形狀的克隆。

PrototypePatternDemo.java

public class PrototypePatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        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());        
    }
}

步驟 5

驗證輸出。

Shape : Circle
Shape : Square
Shape : Rectangle