前言

前面我们学习了日常开发中使用频率最高的 单例模式 今天就让我们一起来学习下另外一个很简单的模式：原型模式

其实最开始看到这个模式的时候我并没有从字面意思理解原型模式到底是什么样的，然后我就先去查了百度百科：

原型，汉语词语，读音为yuán xíng。指原来的类型或模型，特指文学艺术作品中塑造人物形象所依据的现实生活中的人。

哦！原来原型是这个意思，瞬间我就恍然大明白了！那不就像《西游记》是以“三藏取经”这一历史事件为原型进行加工创作的。

那软件中的原型模式也是如此吗？下面我们就通过文章带大家一起来学习一下软件中的 原型模式

按照惯例我们先摆出今天的内容要点：

通过这篇文章你能学到什么

（建议你可以带着问题去学习）

1. 原型模式的​定义
2. 原型模式的简单使用
3. 深拷贝和浅拷贝
4. 原型模式在Android源码中的应用
5. 原型模式在工作中的使用场景
6. 原型模式的优缺点

原型模式的定义

上面我们已经了解了原型的概念和原型在日常生活中的解释，我们再来看软件工程中原型模式的定义：

原型模式(Prototype Pattern)：使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。原型模式是一种对象创建型模式。

通过定义分析，其实软件工程里的原型模式跟现实的原型定义还是有所差别的，现实里一般都是以某一事物作为原型，然后进以加工。而软件工程里的原件其实就是复制。

打个比方相信这是大家都干过的事：

大学期间，第二天高数课老师要收作业了，你还没写，关键是还不会，咋弄。肯定找个学霸的作业拿来抄啊。

聪明点的呢，抄的同时，加以修改，让两个作业看上去并不是完全的一样，神似而形不似。这就是现实里的原型。复制但加以修改。

笨点的呢，直接照抄，有的知道改个名字，有的连名字都照抄。。。这个呢，就是软件工程里的原型。完全的复制。

看完定义你们肯定对原型模式有了一个大概的了解，接下来我们再来看一下原型模式的类图：

原型模式类图

从上图中可以看到，原型模式的UML类图也很简单，主要角色就三个：Client 、 Prototype 和 Concrete Ptrototype

Prototype（抽象原型类）：它是声明克隆方法的接口，是所有具体原型类的公共父类，可以是抽象类也可以是接口，甚至还可以是具体实现类。

ConcretePrototype（具体原型类）：它实现在抽象原型类中声明的克隆方法，在克隆方法中返回自己的一个克隆对象。

Client（客户类）：让一个原型对象克隆自身从而创建一个新的对象，在客户类中只需要直接实例化或通过工厂方法等方式创建一个原型对象，再通过调用该对象的克隆方法即可得到多个相同的对象。由于客户类针对抽象原型类Prototype编程，因此用户可以根据需要选择具体原型类，系统具有较好的可扩展性，增加或更换具体原型类都很方便。

从类图我们可以分析出来原型模式的两个要点：

1. 需要实现抽象原型类的方法
2. 需要自身实现克隆

这两点也是判断原型模式的核心。

一起看完定义，接下面我们就先来撸一个原型模式，看看它到底长什么样子。

原型模式的简单实现

在Java语音中，由于所有的类都继承Object类，我们进入Object可以看到，其内有一个clone()方法，可以将一个java对象复制一份。

所以，我们使用的时候只需要实现一个标识接口Cloneable，表示这个Java类支持被复制。具体实现如下代码：

具体原型类

实现clone

输出验证

通过代码可以看到，java实现原型模式就是如此的简单！

一般而言，Java语言中的clone()方法满足：

(1) 对任何对象x，都有x.clone() != x，即克隆对象与原型对象不是同一个对象；
(2) 对任何对象x，都有x.clone().getClass() == x.getClass()，即克隆对象与原型对象的类型一样；
(3) 如果对象x的equals()方法定义恰当，那么x.clone().equals(x)应该成立。

为了获取对象的一份拷贝，我们可以直接利用Object类的clone()方法，具体步骤如下：

(1) 在派生类中覆盖基类的clone()方法，并声明为public；
(2) 在派生类的clone()方法中，调用super.clone()；
(3)派生类需实现Cloneable接口。

此时，Object类相当于抽象原型类，所有实现了Cloneable接口的Dog类相当于具体原型类。

原型模式实现起来很简单，但是还有一种情况，就是如果我需要克隆的对象，它里面又包含了另外一个对象，这样克隆的效果是什么样呢？这就引出了我们下面要讲的，原型模式的 深拷贝 和 浅拷贝

原型的两种实现方式：浅拷贝 和 深拷贝

浅拷贝： 如果原型对象的成员变量是值类型，将复制一份给克隆对象；如果原型对象的成员变量是引用类型，则将引用对象的地址复制一份给克隆对象，也就是说原型对象和克隆对象的成员变量指向相同的内存地址。

简单来讲，其实就是如果我要克隆一个人，我只克隆了他的身子，但是没克隆他穿的衣服，衣服还在本体身上，但是他也有衣服的使用权，如果他把衣服弄坏了，本体穿的时候也是损坏的。（不知道这样解释是否恰当）

具体的实现方式跟上面例子的实现方式一样，实现一个标识接口Cloneable，然后覆写clone()方法即可。

深拷贝：无论原型对象的成员变量是值类型还是引用类型，都将复制一份给克隆对象，深克隆将原型对象的所有引用对象也复制一份给克隆对象。

浅拷贝

简单来讲，深拷贝就是，我要克隆一个人，我不仅仅克隆他的身子，我把他穿的衣服也同时克隆了一份，本体穿本体的，克隆体穿克隆体的，两个互不影响。

深拷贝

深拷贝的两种实现方式

在Java语音中，想要实现深度拷贝其实有两种方式：

1. 通过序列化
2. 重写clone，调用子成员的clone方法

我们先看第一种的写法：

序列化

接下来看第二种写法：

调用子成员的Clone方法

可以看到，两种写法都很简单，不过日常使用中如果想省事，还是直接序列化来的方便（原谅我的懒）

原型模式在Android源码中的应用

Android中有一个我们经常用的东西就应用了原型模式，那就是Intent。打开Intent的源码我们可以看到，Intent就实现了Cloneable接口，但是clone()方法中却是通过new来创建对象的。

Intent源码

原型模式的适用场景

工作中，我们什么时候需要使用原型模式呢？我觉得你可以通过这三个要点，然后自行判断：

1. 创建新对象成本较大（如初始化需要占用较长的时间，占用太多的CPU资源或网络资源），新的对象可以通过原型模式对已有对象进行复制来获得，如果是相似对象，则可以对其成员变量稍作修改。
2. 如果系统要保存对象的状态，而对象的状态变化很小，或者对象本身占用内存较少时，可以使用原型模式配合备忘录模式来实现。
3. 需要避免使用分层次的工厂类来创建分层次的对象，并且类的实例对象只有一个或很少的几个组合状态，通过复制原型对象得到新实例可能比使用构造函数创建一个新实例更加方便。

原型模式的优点

通过这篇文章我们可以总结原型模式主要有以下几个优点：

1. 当创建新的对象实例较为复杂时，使用原型模式可以简化对象的创建过程，通过复制一个已有实例可以提高新实例的创建效率。
2. 扩展性较好，由于在原型模式中提供了抽象原型类，在客户端可以针对抽象原型类进行编程，而将具体原型类写在配置文件中，增加或减少产品类对原有系统都没有任何影响。
3. 原型模式提供了简化的创建结构，工厂方法模式常常需要有一个与产品类等级结构相同的工厂等级结构，而原型模式就不需要这样，原型模式中产品的复制是通过封装在原型类中的克隆方法实现的，无须专门的工厂类来创建产品。
4. 可以使用深克隆的方式保存对象的状态，使用原型模式将对象复制一份并将其状态保存起来，以便在需要的时候使用（如恢复到某一历史状态），可辅助实现撤销操作。

原型模式的缺点

当然所以东西都是双面的，原型模式也有它的缺点

1. 需要为每一个类配备一个克隆方法，而且该克隆方法位于一个类的内部，当对已有的类进行改造时，需要修改源代码，违背了“开闭原则”。
2. 在实现深克隆时需要编写较为复杂的代码，而且当对象之间存在多重的嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支持深克隆，实现起来可能会比较麻烦。

总结

其实，调用clone()构造对象时并不一定比new快，使用clone()还是new来创建对象需要根据构造对象的成本来决定，如果对象的构造成本比较高或者构造比较麻烦，那么使用clone()的效率比较高，否则使用new。

设计模式目录

设计模式（一）—— 认识设计模式
设计模式（二）—— 技术直男正确“面向对象”的六大原则
设计模式（三）—— 单例模式
设计模式（四）—— 原型模式
设计模式（五）—— 简单工厂模式

参考资料

《设计模式——可复用面向对象软件的基础》
《Head First设计模式》
《大话设计模式》
《设计模式之禅》
《Android 源码设计模式解析与实战》

Android的设计模式-原型模式
设计模式系列——原型模式-Prototype Pattern
刘伟