五、原型模式

1、原型模式基本概念

原型模式指的是，以某个对象为原型，产生一份调用该对象的某个接口方法，可以先对该对象的克隆拷贝，在Java中可以使用两种机制实现原型模式，一种是序列化机制，一种是来自Object类的clone方法。可以这么理解原型模式就是指的对象的拷贝。
对象的拷贝又可以分为浅拷贝和深拷贝两种，所谓的浅拷贝指的是对引用类型，只是对引用本身进行了克隆，克隆的对象和以前的对象的引用指向同一块内存空间，如果该引用指向的是可变的对象，那么在某些场景下，新对象通过该引用对对象的修改，旧对象也可见，反之亦然。
相对应的就是深拷贝，深拷贝指的是，对于引用对象，不仅仅是克隆引用本身，而是连同该引用对应的内存空间一并拷贝一份，这样新旧对象通过引用操作的就是不同的内存空间。
当然如果引用的对象是不可变对象，比如String，那么使用浅拷贝亦可。
下图是深拷贝和浅拷贝的示意图：

1. 浅拷贝

2. 深拷贝

2、原型模式角色

1. Prototype接口，实现了该接口的对象，可以支持对象拷贝（深拷贝/浅拷贝），使用Java实现对象的拷贝的时候，该接口对应的就是Cloneable接口，如果某个类的没有实现该接口，那么调用Object的clone方法时候，将会抛出异常。
2. PrototypeObject，原型对象，该对象实现了Prototype接口，表示支持克隆操作。
3. Client，进行原型对象的深拷贝和浅拷贝。

3、原型模式的类图

4、原型模式的实现

原型模式的克隆在Java中可以使用两种技术实现，第一种是通过调用Object类的clone方法，第二种是通过java提供的对象序列化和反序列化机制。
并且在Java中如果要实现深度克隆，必须要求被克隆对象以及克隆对象的引用字段对象，都要实现原型接口（也就是克隆接口，并且被引用对象也要实现深度克隆才行，如果使用的是序列化机制，那么原型对象需要实现序列化接口，同时原型对象引用的其他对象也需要实现序列化接口，下面是原型模式的具体实现

1. PrototypeObject

package prototype;

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;

public class PrototypeObject implements Cloneable, Serializable {
    private ReferenceObject referenceObject;
    private Integer id;

    public PrototypeObject(ReferenceObject referenceObject, Integer id) {
        this.referenceObject = referenceObject;
        this.id = id;
    }

    public String getReferenceObjectDescribe() {
        return referenceObject.getDesctibe();
    }

    public void setReferenceObjectDescribe(String describe) {
        referenceObject.setDescribe(describe);
    }

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

    public Integer getId() {
        return id;
    }

    /**
     * 借助Object类的clone方法，实现深拷贝
     * 
     * @return
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    public Object deepClone() throws CloneNotSupportedException {
        PrototypeObject prototypeObject = (PrototypeObject) super.clone();
        prototypeObject.referenceObject = (ReferenceObject) prototypeObject.referenceObject.clone();
        return prototypeObject;
    }

    /**
     * 借助Object类的clone方法，实现浅拷贝
     * 
     * @return
     * @throws CloneNotSupportedException
     */
    public Object shallowClone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }

    /**
     * 通过序列化机制实现深度克隆
     * 
     * @return
     * @throws IOException
     * @throws ClassNotFoundException
     */
    public Object deepCloneBySerialize() throws IOException, ClassNotFoundException {
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
        oos.writeObject(this);
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
        Object clone = ois.readObject();
        oos.close();
        bis.close();
        return clone;
    }
}

2. ReferenceObject，该对象是为了测试深浅拷贝的区别

package prototype;

import java.io.Serializable;

public class ReferenceObject implements Cloneable, Serializable {
    private String describe;

    public ReferenceObject(String describe) {
        this.describe = describe;
    }

    public String getDesctibe() {
        return describe;
    }

    public void setDescribe(String describe) {
        this.describe = describe;
    }

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

3. Client

package prototype;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        testCloneByObjectClone();
        testCloneBySerialize();
    }

    private static void testCloneBySerialize() throws Exception {
        ReferenceObject referenceObject = new ReferenceObject("reference1");
        PrototypeObject prototypeObject = new PrototypeObject(referenceObject, 1);

        // 深拷贝克隆一份原型对象
        PrototypeObject deepClone = (PrototypeObject) prototypeObject.deepCloneBySerialize();

        // 输出深拷贝克隆的原型对象的值
        System.out.println("打印深拷贝对象的引用对象描述: ");
        System.out.println(deepClone.getReferenceObjectDescribe());

        // 改变原型对象引用对象的描述，会发现shallowClone对象对应的该值也发生了变化
        System.out.println("修改原型对象的引用对象描述");
        prototypeObject.setReferenceObjectDescribe("reference change");
        System.out.println("再次打印深拷贝对象的引用对象描述:");
        System.out.println(deepClone.getReferenceObjectDescribe());

        System.out.println("打印深拷贝对象的id:");
        System.out.println(deepClone.getId());
    }

    private static void testCloneByObjectClone() throws Exception {
        ReferenceObject referenceObject = new ReferenceObject("reference1");
        PrototypeObject prototypeObject = new PrototypeObject(referenceObject, 1);

        // 深拷贝克隆一份原型对象
        PrototypeObject deepClone = (PrototypeObject) prototypeObject.deepClone();

        // 浅拷贝克隆一份原型对象
        PrototypeObject shallowClone = (PrototypeObject) prototypeObject.shallowClone();
        
        // 输出浅拷贝克隆的原型对象的值
        System.out.println("打印浅拷贝对象的引用对象描述: ");
        System.out.println(shallowClone.getReferenceObjectDescribe());

        // 改变原型对象引用对象的描述，会发现shallowClone对象对应的该值也发生了变化
        System.out.println("修改原型对象的引用对象描述");
        prototypeObject.setReferenceObjectDescribe("reference change");
        System.out.println("再次打印浅拷贝对象的引用对象描述:");
        System.out.println(shallowClone.getReferenceObjectDescribe());

        System.out.println("打印浅拷贝对象的id:");
        System.out.println(shallowClone.getId());


        // 输出深拷贝克隆的原型对象的值
        System.out.println("打印深拷贝对象的引用对象描述: ");
        System.out.println(deepClone.getReferenceObjectDescribe());

        // 改变原型对象引用对象的描述，会发现shallowClone对象对应的该值也发生了变化
        System.out.println("修改原型对象的引用对象描述");
        prototypeObject.setReferenceObjectDescribe("reference change");
        System.out.println("再次打印深拷贝对象的引用对象描述:");
        System.out.println(deepClone.getReferenceObjectDescribe());

        System.out.println("打印深拷贝对象的id:");
        System.out.println(deepClone.getId());
    }
}