java设计模式（6）：原型模式（Prototype）

概述

在软件系统中，有时候面临的产品类是动态变化的，而且这个产品类具有一定的等级结构。这时如果用工厂模式，则与产品类等级结构平行的工厂方法类也要随着这种变化而变化，显然不大合适。那么如何封装这种动态的变化？从而使依赖于这些易变对象的客户程序不随着产品类变化？

意图

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。

结构图

Prototype模式结构图

生活中的例子

Prototype模式使用原型实例指定创建对象的种类。新产品的原型通常是先于全部产品建立的，这样的原型是被动的，并不参与复制它自己。一个细胞的有丝分裂，产生两个同样的细胞，是一个扮演主动角色复制自己原型的例子，这演示了原型模式。一个细胞分裂，产生两个同样基因型的细胞。换句话说，细胞克隆了自己。

使用细胞分裂例子的Prototype模式对象图

原型模式解说

我们考虑这样一个场景，假定我们要开发一个调色板，用户单击调色板上任一个方块，将会返回一个对应的颜色的实例，下面我们看看如何通过原型模式来达到系统动态加载具体产品的目的。

很自然，我们利用OO的思想，把每一种颜色作为一个对象，并为他们抽象出一个公用的父类，如下图：

实现代码：

public abstract class Color {
	public abstract void Display();
}


public class GreenColor extends Color{
	public void Display() {
		System.out.println("Green‘s RGB Values are:0,255,0");
	}
}

public class RedColor extends Color{
	public void Display() {
		System.out.println("Red‘s RGB Values are:255,0,0");
	}
}

客户程序需要某一种颜色的时候，只需要创建对应的具体类的实例就可以了。但是这样我们并没有达到封装变化点的目的，也许你会说，可以使用工厂方法模式，为每一个具体子类定义一个与其等级平行的工厂类，那么好，看一下实现：

实现代码

public abstract class ColorFactory {
	 public abstract Color Create();
}

public class GreenFactory extends ColorFactory{
	public  Color Create()
    {
        return new GreenColor();
    }
}

public class RedFactory extends ColorFactory{
	public  Color Create()
    {
        return new RedColor();
    }
}

实现了这一步之后，可以看到，客户程序只要调用工厂方法就可以了。似乎我们用工厂方法模式来解决是没有问题的。但是，我们考虑的仅仅是封装了new变化，而没有考虑颜色的数量是不断变化的，甚至可能是在程序运行的过程中动态增加和减少的，那么用这种方法实现，随着颜色数量的不断增加，子类的数量会迅速膨大，导致子类过多，显然用工厂方法模式有些不大合适。

进一步思考，这些Color子类仅仅在初始化的颜色对象类别上有所不同。添加一个ColorTool这样的类，来参数化的它的实例，而这些实例是由Color支持和创建的。我们让ColorTool通过克隆或者拷贝一个Color子类的实例来创建新的Color，这个实例就是一个原型。如下图所示：

实现代码：

public abstract class ColorPrototype implements Cloneable{
	 public abstract ColorPrototype clonenew() throws CloneNotSupportedException;
}

public class ConcteteColorPrototype extends ColorPrototype{
	private int red;
	private int green;
	private int blue;

	public ConcteteColorPrototype(int red, int green, int blue) {
		this.red = red;
		this.green = green;
		this.blue = blue;
	}

	public ColorPrototype clonenew() throws CloneNotSupportedException  {
		return (ColorPrototype) this.clone();
	}

	public void Display(String colorname) {
		System.out.println(colorname+"‘s RGB Values are: "+red+","+green+","+blue);
	}
}

public class ColorManager {
	 private HashMap<String,ColorPrototype> colors = new HashMap<String,ColorPrototype>();
	 public void put(String key,ColorPrototype cp)
	 {
		 colors.put(key, cp);
	 }
	 public ColorPrototype get(String key)
	 {
		 return  colors.get(key);
	 }
}

public class Client {
	public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
		ColorManager colormanager = new ColorManager();
		// 初始化颜色
		colormanager.put("red", new ConcteteColorPrototype(255, 0, 0));
		colormanager.put("green", new ConcteteColorPrototype(0, 255, 0));
		colormanager.put("blue", new ConcteteColorPrototype(0, 0, 255));
		colormanager.put("angry", new ConcteteColorPrototype(255, 54, 0));
		colormanager.put("peace", new ConcteteColorPrototype(128, 211, 128));

		// 使用颜色
		String colorName = "red";
		ConcteteColorPrototype c1 = (ConcteteColorPrototype) colormanager.get(colorName).clonenew();
		c1.Display(colorName);

		colorName = "green";
		ConcteteColorPrototype c2 = (ConcteteColorPrototype) colormanager.get(colorName).clonenew();
		c2.Display(colorName);
	}
}

可以看到，客户程序通过注册原型实例就可以将一个具体产品类并入到系统中，在运行时刻，可以动态的建立和删除原型。

1．为什么需要Prototype模式？

引入原型模式的本质在于利用已有的一个原型对象，快速的生成和原型对象一样的实例。你有一个A的实例a:A a = new A();现在你想生成和car1一样的一个实例b，按照原型模式，应该是这样：A b = a.Clone();而不是重新再new一个A对象。通过上面这句话就可以得到一个和a一样的实例，确切的说，应该是它们的数据成员是一样的。Prototype模式同样是返回了一个A对象而没有使用new操作。

2．引入Prototype模式带来了什么好处？

可以看到，引入Prototype模式后我们不再需要一个与具体产品等级结构平行的工厂方法类，减少了类的构造，同时客户程序可以在运行时刻建立和删除原型。

3．Prototype模式满足了哪些面向对象的设计原则？

依赖倒置原则：上面的例子，原型管理器（ColorManager）仅仅依赖于抽象部分（ColorPrototype），而具体实现细节（ConcteteColorPrototype）则依赖与抽象部分（ColorPrototype），所以Prototype很好的满足了依赖倒置原则。

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