设计模式之原型模式

1.原型模式

　　原型模式，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。当创建给定类的实例的过程很昂贵或很复杂时，就使用原型模式。
　　原型模式就是从一个对象再创建另外一个可定制的对象，而且不需知道任何创建的细节。

2.浅复制和深复制

　　所谓的“浅复制”，即是被复制对象的所有变量都含有与原来的对象相同的值，而所有的对其他对象的引用都仍然指向原来的对象；对于“深复制”，则把引用对象的变量指向复制过的新对象，而不是原有的被引用对象。详见浅复制和深复制的解析
　　浅复制与深复制的区别：对象的引用是否仍然指向原来的对象。

3.原型模式的结构

客户(Client)角色：客户类提出创建对象的请求。

抽象原型(Prototype)角色：这是一个抽象角色，通常由一个Java接口或Java抽象类实现。此角色给出所有的具体原型类所需的接口。

具体原型（Concrete Prototype）角色：被复制的对象。此角色需要实现抽象的原型角色所要求的接口。

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Prototype类，抽象原型

public interface Prototype{
    /**
     * 克隆自身的方法
     * @return 一个从自身克隆出来的对象
     */
    public Object clone();
}

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ConcretePrototype类，具体原型类

public class ConcretePrototype implements Prototype {
    //简易克隆,新建一个克隆对象
    public Object clone(){
        Prototype prototype = new ConcretePrototype();
        return prototype;
    }

}

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使用Java的clone()方法实现对象的克隆，需实现Cloneable接口，Cloneable是标识接口，可不实现重写。

public class ConcretePrototype2 implements Cloneable {
    //若要重写clone方法
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException{
        return super.clone();
    }

}

注意：当克隆对象包含着对其他对象的引用时，需要重写其对象的clone()方法

4.clone()和序列化

I. clone()

示例为直线对象，直线上有左右两个点对象的引用

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点对象

public class Node implements Cloneable {
    private boolean flag; 
    private int Xpos;
    private int Ypos;
    private int grade;   //顶点的值

    public Node(){}  //无参构造函数

    //setter和getter及其他方法

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();  
    }
}

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线对象

public class Line implements Cloneable {
    private boolean flag; 
    private Node Lnode;
    private Node Rnode;
    private char operator;   //运算符

    public Line(){}

    //setter和getter及其他方法

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 
        Line line =  (Line) super.clone();
        //对引用的对象也进行复制 
        line.Lnode = (Node) Lnode.clone();
        line.Rnode = (Node) Rnode.clone();
        return line;
    }
}

II. 序列化及反序列化

为实现序列化，所有需要复制的对象都需要实现java.io.Serializable接口。

    public  Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException{
        //将对象写到流里
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
        oos.writeObject(this);
        //从流里读回来
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
        return ois.readObject();
    }

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对容器的序列化（容器内对象需实现Serializable）

    public ArrayList deepCopy(ArrayList src) throws IOException, ClassNotFoundException{
        ByteArrayOutputStream byteOut = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(byteOut);
        out.writeObject(src);
        ByteArrayInputStream byteIn = new ByteArrayInputStream(byteOut.toByteArray());
        ObjectInputStream in =new ObjectInputStream(byteIn);
        ArrayList dest = (ArrayList)in.readObject();
        return dest;
    }

5.总结

　　I. 一般在初始化的信息不发生变化的情况下，克隆是最好的办法。这既隐藏了对象创建的细节，又对性能有所提高。
　　II. 不需重新初始化对象，而是动态地获得对象运行时的状态。
　　III. 向客户隐藏制造新示例的复杂性。

参考资料：
1.《Head Frist设计模式》
2.《大话设计模式》