设计模式08 —— 原型模式
本教程参考：菜鸟教程 - 学的不仅是技术，更是梦想！ (runoob.com)
参考书：《图解设计模式》
本系列为本人学习笔记，和课程学习笔记，资料和参考均源自互联网，希望各位大佬多多指点！
介绍
原型模式（Prototype Pattern）是用于创建重复的对象，同时又能保证性能。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式之一。
这种模式是实现了一个原型接口，该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时，则采用这种模式。例如，一个对象需要在一个高代价的数据库操作之后被创建。我们可以缓存该对象，在下一个请求时返回它的克隆，在需要的时候更新数据库，以此来减少数据库调用。
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。
主要解决：在运行期建立和删除原型。
何时使用： 1、当一个系统应该独立于它的产品创建，构成和表示时。 2、当要实例化的类是在运行时刻指定时，例如，通过动态装载。 3、为了避免创建一个与产品类层次平行的工厂类层次时。 4、当一个类的实例只能有几个不同状态组合中的一种时。建立相应数目的原型并克隆它们可能比每次用合适的状态手工实例化该类更方便一些。
如何解决：利用已有的一个原型对象，快速地生成和原型对象一样的实例。
关键代码： 1、实现克隆操作，在 JAVA 实现 Cloneable 接口，重写 clone()，在 .NET 中可以使用 Object 类的 MemberwiseClone() 方法来实现对象的浅拷贝或通过序列化的方式来实现深拷贝。 2、原型模式同样用于隔离类对象的使用者和具体类型（易变类）之间的耦合关系，它同样要求这些"易变类"拥有稳定的接口。
应用实例： 1、细胞分裂。 2、JAVA 中的 Object clone() 方法。
优点： 1、性能提高。 2、逃避构造函数的约束。
缺点： 1、配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类不是很难，但对于已有的类不一定很容易，特别当一个类引用不支持串行化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。 2、必须实现 Cloneable 接口。
使用场景： 1、资源优化场景。 2、类初始化需要消化非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等。 3、性能和安全要求的场景。 4、通过 new 产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，则可以使用原型模式。 5、一个对象多个修改者的场景。 6、一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用。 7、在实际项目中，原型模式很少单独出现，一般是和工厂方法模式一起出现，通过 clone 的方法创建一个对象，然后由工厂方法提供给调用者。原型模式已经与 Java 融为浑然一体，大家可以随手拿来使用。
注意事项：与通过对一个类进行实例化来构造新对象不同的是，原型模式是通过拷贝一个现有对象生成新对象的。浅拷贝实现 Cloneable，重写，深拷贝是通过实现 Serializable 读取二进制流。
举例学习
首先有一段程序，使用了Protype模式，功能是将字符串放入方框中显示出来或者加入下划线显示出来。
Product接口是一个复制功能的接口，继承自Java的Cloneable接口。
use方法是用于使用的方法，具体的使用交给子类去实现。
createClone方法是用于复制实例的方法。
Manager类使用Product接口来复制实例。
showcase这个HashMap保存了实例的“名字”和实例本体之间的对应关系。
register方法会将接收到的一组<名字，Product接口>注册到showcase中。这里的proto参数是一个实现了Product接口的类的实例(可以调用它的use方法和createClone方法)
需要注意的是：在Product类和Manager类中完全没有提到别的类的名字，这意味着我们可以独立地修改Product和Manager，不受到具体实现类的影响。而在Manager类中，没有提到其他的类名，只提到了Product的接口名。也就是说：Product接口成为了键列Manager类与其他具体实现类之间的桥梁
MessageBox类实现了Product接口，decochar表示一个装饰字符，主要是用类似*的字符将use这个字符串包裹起来。
createClone方法用于复制自己。它内部所调用的clone方法，是Java语言中定义的方法，用于自我复制。使用try...catch方法来捕捉异常。
因为Product接口继承了Cloneable接口，所以程序不会抛出异常，需要注意的是java.lang.Cloneable接口本身没有定义任何方法，只是起到告诉程序可以调用clone方法的作用。
只有类自己可以调用Java语言中定义的clone方法。当其他类要求复制实例时，必须先调用createClone这样的方法，然后再该方法内部调用clone方法。
UnderLineOen类的实现基本没有其他区别，主要就是在use串使用双引号括起来，之后在后面加入由ulchar组成的下划线。
运行结果
注意事项
和根据类来生成实例有什么区别
比如：new Something()
其实已经有很多情况下能说明根据类来生成实例有局限性。
- 对象种类繁多，无法整合到一个类中
理论上，本例中任何字符都可以编写成一个类，如果将每种字符都编写为一个类，类的数量会非常庞大。
- 难以根据类生成实例
假如我们要开发一个图形编辑器的应用程序，那么我们创建一个实例就要模拟一系列前置的鼠标操作，相比于用类来生成实例，用实例来生成实例更简单。
- 想要解耦框架与生成的实例时
在示例程序中，我们已经将clone实例封装在framework包中了。在Manager的create方法中，我们并没有使用类名，而是可以利用实例来进行命名。比如manager.create("slash box")，这样相比于用类来生成实例，这种方式有更好的通用性，而且将框架从类名的束缚中解脱出来了。
类名是束缚吗？
这里我们回忆一下面向对象编程的目标之一是：”作为组件复用“。
但是一旦代码里出现了类的名字，那么就无法与类分离开，也就无法实现复用。
所以作为组件复用时，重要的是，哪怕我们手里没有源代码，我们无法修改代码，在只有.class文件时都可以作为组件复用，那么我们就必须控制”作为组件复用的类“中，尽量少地出现其他具体实现类的名字，否则就没办法复用。
java.lang.clone
- clone方法是在哪里定义的
clone方法定义在java.lang.Object中。
- 需要实现Cloneable接口的哪些方法
其实很多人都误以为Cloneable接口中声明了clone方法，其实是错的，Cloneable接口中并没有声明任何方法，他只是被用来标记”可以使用clone方法“的一个标记接口，真正的clone方法是在java.lang.Object中实现的，只不过如果没被标记的接口调用会抛出异常。
- clone方法是浅复制
clone方法进行的复制只是单纯的将被复制的实例的字段值复制到新的实例中。
比如当字段中保存的是数组的时候，使用clone方法进行复制，那么只会复制数组的引用，并不会一一复制数组中的元素。
这种字段对字段的复制，称为”浅复制“。clone方法所进行的复制就是浅复制。
如果浅复制并无法满足你的需求，那么可以重写clone方法，实现自己需要的复制功能。记得调用super.clone方法来调用父类的clone方法。