1. 概述

用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型对象相同的新对象。

2. 结构

原型模式包含如下角色：

  • 抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的的 clone() 方法。
  • 具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。
  • 访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。

接口类图如下：
image.png
原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆。

浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。 深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址。

Java中的Object类中提供了 clone() 方法来实现浅克隆。 Cloneable 接口是上面的类图中的抽象原型类，而实现了Cloneable接口的子实现类就是具体的原型类。代码如下：
Realizetype（具体的原型类）：

  1. public class Realizetype implements Cloneable {
  3.     public Realizetype() {
  4.         System.out.println("具体的原型对象创建完成！");
  5.     }
  7.     @Override
  8.     protected Realizetype clone() throws CloneNotSupportedException {
  9.         System.out.println("具体原型复制成功！");
  10.         return (Realizetype) super.clone();
  11.     }
  12. }

PrototypeTest（测试访问类）:

  1. public class PrototypeTest {
  2.     public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
  3.         Realizetype r1 = new Realizetype();
  4.         Realizetype r2 = r1.clone();
  6.         System.out.println("对象r1和r2是同一个对象？" + (r1 == r2));//false
  7.     }
  8. }

3. 案例

用原型模式生成“三好学生”奖状
同一学校的“三好学生”奖状除了获奖人姓名不同，其他都相同，可以使用原型模式复制多个“三好学生”奖状出来，然后在修改奖状上的名字即可。
类图如下：
image.png
代码如下：

  1. //奖状类
  2. public class Citation implements Cloneable {
  3.     private String name;
  5.     public void setName(String name) {
  6.         this.name = name;
  7.     }
  9.     public String getName() {
  10.         return (this.name);
  11.     }
  13.     public void show() {
  14.         System.out.println(name + "同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！");
  15.     }
  17.     @Override
  18.     public Citation clone() throws CloneNotSupportedException {
  19.         return (Citation) super.clone();
  20.     }
  21. }
  23. //测试访问类
  24. public class CitationTest {
  25.     public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
  26.         Citation c1 = new Citation();
  27.         c1.setName("张三");
  29.         //复制奖状
  30.         Citation c2 = c1.clone();
  31.         //将奖状的名字修改李四
  32.         c2.setName("李四");
  34.         c1.show();
  35.         c2.show();
  36.     }
  37. }

使用场景:

  • 对象的创建非常复杂，可以使用原型模式快捷的创建对象。
  • 性能和安全要求比较高。

4. 扩展（深克隆）

将上面的“三好学生”奖状的案例中Citation类的name属性修改为Student类型的属性。代码如下：

  1. //奖状类
  2. public class Citation implements Cloneable {
  3.     private Student stu;
  5.     public Student getStu() {
  6.         return stu;
  7.     }
  9.     public void setStu(Student stu) {
  10.         this.stu = stu;
  11.     }
  13.     void show() {
  14.         System.out.println(stu.getName() + "同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！");
  15.     }
  17.     @Override
  18.     public Citation clone() throws CloneNotSupportedException {
  19.         return (Citation) super.clone();
  20.     }
  21. }
  23. //学生类
  24. public class Student {
  25.     private String name;
  26.     private String address;
  28.     public Student(String name, String address) {
  29.         this.name = name;
  30.         this.address = address;
  31.     }
  33.     public Student() {
  34.     }
  36.     public String getName() {
  37.         return name;
  38.     }
  40.     public void setName(String name) {
  41.         this.name = name;
  42.     }
  44.     public String getAddress() {
  45.         return address;
  46.     }
  48.     public void setAddress(String address) {
  49.         this.address = address;
  50.     }
  51. }
  53. //测试类
  54. public class CitationTest {
  55.     public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
  57.         Citation c1 = new Citation();
  58.         Student stu = new Student("张三", "西安");
  59.         c1.setStu(stu);
  61.         //复制奖状
  62.         Citation c2 = c1.clone();
  63.         //获取c2奖状所属学生对象
  64.         Student stu1 = c2.getStu();
  65.         stu1.setName("李四");
  67.         //判断stu对象和stu1对象是否是同一个对象
  68.         System.out.println("stu和stu1是同一个对象？" + (stu == stu1)); true
  70.         c1.show();
  71.         c2.show();
  72.     }
  73. }

说明：
stu对象和stu1对象是同一个对象，就会产生将stu1对象中name属性值改为“李四”，两个Citation（奖状）对象中显示的都是李四。这就是浅克隆的效果，对具体原型类（Citation）中的引用类型的属性进行引用的复制。这种情况需要使用深克隆，而进行深克隆需要使用对象流。代码如下：

  1. public class CitationTest1 {
  2.     public static void main(String[] args) throws Exception {
  3.         Citation c1 = new Citation();
  4.         Student stu = new Student("张三", "西安");
  5.         c1.setStu(stu);
  7.         //创建对象输出流对象
  8.         ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\b.txt"));
  9.         //将c1对象写出到文件中
  10.         oos.writeObject(c1);
  11.         oos.close();
  13.         //创建对象出入流对象
  14.         ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\b.txt"));
  15.         //读取对象
  16.         Citation c2 = (Citation) ois.readObject();
  17.         //获取c2奖状所属学生对象
  18.         Student stu1 = c2.getStu();
  19.         stu1.setName("李四");
  21.         //判断stu对象和stu1对象是否是同一个对象
  22.         System.out.println("stu和stu1是同一个对象？" + (stu == stu1));//false
  24.         c1.show();
  25.         c2.show();
  26.     }
  27. }

注意：Citation类和Student类必须实现Serializable接口，否则会抛NotSerializableException异常。