设计模式之Prototype - 原型模式

Prototype模式也叫原型模式，是由GoF提出的23种设计模式中的一种。Prototype模式是一种对象创建型模式，它采取复制原型对象的方法来创建对象的实例。使用Prototype模式创建的实例，具有与原型一样的数据。

本文介绍设计模式中的原型（Prototype）模式的概念，用法，以及实际应用中怎么样使用Prototype模式进行开发。

Prototype模式的概念

Prototype模式是一种对象创建型模式，它跟工厂模式，Builder模式等一样，都用来创建类的实例对象。
但Prototype模式的对象创建方法，具有以下特点：
- 由原型对象自身创建目标对象。也就是说，对象创建这一动作发自原型对象本身。
- 目标对象是原型对象的一个克隆。也就是说，通过Prototype模式创建的对象，不仅仅与原型对象具有相同的结构，还与原型对象具有相同的值。
- 根据对象克隆深度层次的不同，有浅度克隆与深度克隆。

有关Java语言克隆技术的描述，请参考：
Java语言的克隆与深层次克隆技术入门与精通 一文。

简单一点说，
Prototype模式提供一种方法，让类的对象可以实现对自身的复制。

Prototype模式的应用场景：

- 在创建对象的时候，我们不只是希望被创建的对象继承其基类的基本结构，还希望继承原型对象的数据。
- 希望对目标对象的修改不影响既有的原型对象（深度克隆的时候可以完全互不影响）。
- 隐藏克隆操作的细节。很多时候，对对象本身的克隆需要涉及到类本身的数据细节。

现实生活中，就有许多这样的例子：
生物细胞的自身复制；根据产品模型生产产品等等

Prototype模式的模型定义：

Prototype {
    +clone():Prototype
}
即：原型类Prototype 提供clone()方法，实现对对象自身的复制（克隆）。

Prototype模式的实现范例

下面我们使用Prototype模式来实现细胞（Cell）的自身复制过程。
Java语言提供了对象复制的机制，Prototype模式的Java实现一般也通过实现Cloneable接口来实现。
这里我们也通过实现Cloneable接口来说明Prototype模式。

public class Cell implements Cloneable {
    //细胞壁
    private String cellWall;
    //细胞膜
    private String cellMembrane;
    //细胞组织
    private String cellularTissue;

    ...//这里省略掉了对成员变量的setter/getter方法的定义

    //细胞的自身复制
    //这里重载了Obect#clone()方法，为了方便外部调用，把返回值由Object修改为Cell，并把访问级别设置为public
    public Cell clone() {
        try {
            //只需简单地调用super.clone();即可
            return (Cell)super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw (new InternalError(e.getMessage()));
        }
    }

}

//调用方：
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //准备原型细胞
        Cell cell = new Cell();
        cell.setCellWall("cell wall 1");
        ...
        //克隆原型细胞
        Cell clonedCell = cell.clone();
        ...
        //操作被克隆的细胞（略）
    }
}

这里使用了一个简单的例子说明了Prototype模式的对象创建过程与方法。里面省略了某些无关紧要的代码。