1.業務需求

? 大家好，我是菠菜啊，前倆天有點忙，今天繼續更新了。今天給大家介紹克隆對象——原型模式。老規矩，在介紹這期之前，我們先來看看這樣的需求：《西游記》中每次孫悟空拔出一撮猴毛吹一下，變出一大批猴子加入戰斗，他到底是怎么變的？如果我們幫他實現這個功能，代碼怎么設計？

2.代碼實現

首先先說第一個問題，怎么變的我也不知道。

但是第二個問題，可以嘗試一下。

實現初步思路：

? 我們新建一個猴子類，并且實例化多個猴子對象不就行了，太簡單了。

Monkey類：

//猴子
public class Monkey {private String name;private String sex;private int age;private Weapon weapon;public Monkey(String name, String sex, int age, Weapon weapon) {this.name = name;this.sex = sex;this.age = age;this.weapon = weapon;}public Weapon getWeapon() {return weapon;}public void setWeapon(Weapon weapon) {this.weapon = weapon;}@Overridepublic String toString() {return "Monkey{" +"name='" + name + '\'' +", sex='" + sex + '\'' +", age=" + age +", weapon=" + weapon +'}';}
}

Weapon類：

//武器
public class Weapon {private String name;private String color;public Weapon(String name, String color) {this.name = name;this.color = color;}@Overridepublic String toString() {return "Weapon{" +"name='" + name + '\'' +", color='" + color + '\'' +'}';}
}

Client類：

public class Client {public static void main(String[] args) {Weapon weapon=new Weapon("金箍棒","金色");Monkey monkey=new Monkey("孫悟空","公",20,weapon);Weapon weapon2=new Weapon(monkey.getWeapon().getName(),monkey.getWeapon().getColor());Monkey monkey2=new Monkey("猴小弟",monkey.getSex(),monkey.getAge(),weapon2);Weapon weapon3=new Weapon(monkey.getWeapon().getName(),monkey.getWeapon().getColor());Monkey monkey3=new Monkey("猴小小弟",monkey.getSex(),monkey.getAge(),weapon3);System.out.println(monkey);System.out.println(monkey2);System.out.println(monkey3);}
}

思考：上述代碼比較簡單，功能是實現了，但是在克隆猴哥的時候，我們要將新建一個相同類的對象。 然后， 我還要必須遍歷原始對象的所有成員變量， 并將成員變量值復制到新對象中。這也太麻煩了，如果屬性是上千上萬個，那么猴哥還沒變出猴子，師傅就被妖怪給吃了。 而且并非所有對象都能通過這種方式進行復制， 因為有些對象可能擁有私有成員變量， 它們在對象本身以外是不可見的。而且克隆對象，要知道該對象類的所有依賴類才行，這樣設計也太不符合迪米特法則了（詳細見***《設計模式——設計原則介紹》***一文）。

3.方案改進

? Java中提供了一個Cloneable接口，其中有一個clone()方法，我們只要實現這個方法就行了。

? 實現代碼結構圖：

Monkey接口：

//猴子
public class Monkey implements Cloneable{//......@Overrideprotected Monkey clone() throws CloneNotSupportedException {return (Monkey)super.clone();}}

Client類：

public class Client {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {Weapon weapon=new Weapon("金箍棒","金色");Monkey monkey=new Monkey("孫悟空","公",20,weapon);/* Weapon weapon2=new Weapon(monkey.getWeapon().getName(),monkey.getWeapon().getColor());Monkey monkey2=new Monkey("猴小弟",monkey.getSex(),monkey.getAge(),weapon2);Weapon weapon3=new Weapon(monkey.getWeapon().getName(),monkey.getWeapon().getColor());Monkey monkey3=new Monkey("猴小小弟",monkey.getSex(),monkey.getAge(),weapon3);*/Monkey monkey2=monkey.clone();monkey2.setName("猴小弟");Monkey monkey3=monkey.clone();monkey3.setName("猴小小弟");System.out.println(monkey);System.out.println(monkey2);System.out.println(monkey3);}
}

? 思考：這樣我們就可以快速克隆對象，并且不需要知道對象創建的細節，又大大提高了性能，我們把這種設計模式叫做原型模式（Prototype ）。上述代碼還是有問題，可以繼續往下看。

拓展：淺克隆和深克隆

? 我們把上述代碼稍微修改一下，看的就明顯了。

Client修改后：

public class Client {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {Weapon weapon=new Weapon("金箍棒","金色");Monkey monkey=new Monkey("孫悟空","公",20,weapon);Monkey monkey2=monkey.clone();monkey2.setName("猴小弟");Monkey monkey3=monkey.clone();monkey3.setName("猴小小弟");System.out.println("修改武器前："+monkey);System.out.println("修改武器前："+monkey2);System.out.println("修改武器前："+monkey3);//修改各自的武器裝備monkey.getWeapon().setColor("紅色");monkey2.getWeapon().setColor("白色");monkey3.getWeapon().setColor("綠色");System.out.println("++++++修改武器+++++");System.out.println("修改武器后："+monkey);System.out.println("修改武器后："+monkey2);System.out.println("修改武器后："+monkey3);}
}

**預期結果：**猴子們的武器顏色分別是紅白綠。

實際結果：猴子們的武器都被綠了（一不小心開車了）。

排查原因發現，super.clone(),如果字段是值類型的，就復制值，如果字段是引用類型的，復制引用而不復制引用的對象（String是特殊的引用對象），因此猴子們引用的武器對象是一個。被復制的對象的所有變量值都含有原來對象相同的值，但是其它對象的引用仍然執行原來的對象，叫做淺克隆**。反之，把引用對象的變量指向復制過的新對象，這種叫做深克隆。

我們如果要完成深復制，只需做如下修改：

Weapon類：

//武器
public class Weapon implements Cloneable{//...@Overrideprotected Weapon clone() throws CloneNotSupportedException {return (Weapon)super.clone();}}

Monkey類：

public class Monkey implements Cloneable{//...@Overrideprotected Monkey clone() throws CloneNotSupportedException {Monkey clone= (Monkey)super.clone();clone.weapon=this.weapon.clone();return clone;}}

**思考：**如果要深克隆，必須重寫clone方法，如果克隆對象依賴對象的層級嵌套一多，代碼較復雜。

4.定義和組成結構

? 原型模式（Prototype）：從一個對象創建一個可定制的對象，而不需要知道任何創建細節。

? 原型模式包含以下主要角色。

• 抽象原型類（Prototype）：規定了具體原型對象必須實現的接口。
• 具體原型類（ConcretePrototype）：實現抽象原型類的 clone() 方法，它是可被復制的對象。
• 訪問類（Acess）：使用具體原型類中的 clone() 方法來復制新的對象。

5.優缺點以及應用場景

優點：

• 通過克隆一個已有的對象，簡化對象的創建過程，不用關注對象的內部創建細節，符合迪米特法則
• 流的方式比new一個對象克隆對象效率更高

缺點:

• 克隆對象類必須要重寫clone方法
• 如果克隆對象依賴對象的嵌套層級較多，并且要達到深克隆，代碼較復雜
• clone 方法位于類的內部，當對已有類進行改造的時候，可能需要修改代碼，違背了開閉原則

適用場景：

• 保存對象的狀態并且對象占用內存較少
• 對象創建成本高,耗用的資源比較多
• 對象初始化復雜

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【作者：我愛吃菠菜 】