原型模式

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原型模式（Prototype）属于创建型模式，实现了对象的创建；具体而言，它实现了对象的复制（拷贝）。

关于对象的复制，我们需要考虑以下两个问题：

1.对象实时状态的复制；

2.对象引用成员变量的复制。

如果通过new方式来实例化对象，只能得到对象的初始状态，这显然不行。在Java中，所有类都继承于Object类，而Object有一个clone()方法。通过查看JDK文档，该clone()方法虽然能够实现实时状态的复制（解决了问题1），但是只能实现“浅拷贝”，即只能实现基本数据类型（包含String）的拷贝，不能实现引用数据类型的拷贝，并不能满足原型模式的要求（问题2不能得到解决）。

怎么办？重写类的clone()方法，通过对象的写入写出来实现“深拷贝”和实时状态复制。重写（Override）需要遵循的条件是：方法名，参数列表和父类一致；返回值是父类返回值的子类。重写clone方法完全满足了条件。（无参数，方法名一致，返回的所有类都是Object的子类；当然可以不重写，方法名改用其它，但是不建议。）

 

可以想象，若一个类含有若干个引用数据类型（类），而该引用数据类型（类）中又含有若干个引用数据类型…这样嵌套下去，需要复制的就不是一个类，而是一个“类树”（树结构）。Java通过将对象序列化到文件或内存，底层封装了对类树的遍历和复制过程。这个机制已经封装，我们无需了解。

考虑这样一个应用场景：

一个RPG游戏，英雄类含有两个成员变量：一个是英雄名字，为普通成员变量；一个是英雄属性，为引用成员变量（封装了英雄的状态，如生命值、魔法值）。为了实现对象实时拷贝的高效率，我们选择将对象序列化到内存（不是文件（硬盘））。通过输入输出流实现对象的“深拷贝”。

具体的实现代码如下：

package com.csufox.Prototype;

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

class Property implements java.io.Serializable{
    int blood = 100;  //生命值
    int magic = 100;  //魔法值
}

class Hero implements java.io.Serializable{ //需要实现序列化接口
    String name = "英雄";
    Property property = new Property(); //含有引用成员，需要“深”拷贝

    public Hero clone(){
        Hero copy = null;
        try{
            //实例化ObjectOutputStream，写入字节数组输出流
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(baos);
            oos.writeObject(this);
            byte[] data = baos .toByteArray();  //data是字节数组，存储着对象的拷贝
            //实例化ObjectInputStream，从字节数组输入流中读取对象
            ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(data);
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bais);
            copy = (Hero)ois.readObject();
        }catch(Exception ex){ex.printStackTrace();}
        return copy;
    }
}

public class Prototype {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Hero hero = new Hero();
        hero.property.blood -= 20;  //原英雄状态发生改变，生命值减少20
        Hero copy = hero.clone();
        System.out.println(copy.property.blood);  //输出“80”，说明实现了实时拷贝和深拷贝
    }
}

由上述代码可知，原型模式具有以下特点：

1. 实现Serializable序列化接口；
2. 在类中重写clone()方法（由Object继承而来）；
3. 通过Java I/0，将对象写入内存，然后再从内存读取（反序列化）。

-EOF-