模式的定义

用原型实例指定创建对象的种类，并通过拷贝这些原型创建新的对象。

使用场景

1、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，通过原型拷贝避免这些消耗；

2、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；

3、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，即保护性拷贝。

UML类图

角色介绍

Client  :  客户端用户。

Prototype : 抽象类或者接口，声明具备clone能力。

ConcretePrototype : 具体的原型类.

简单示例

下面我们以简单的文档拷贝为例来演示一下简单的原型模式模式。

package com.dp.example.builder;


package com.dp.example.prototype;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 文档类型, 扮演的是ConcretePrototype角色，而cloneable是代表prototype角色
 * 
 * @author mrsimple
 */
public class WordDocument implements Cloneable {
    /**
     * 文本
     */
    private String mText;
    /**
     * 图片名列表
     */
    private ArrayList<String> mImages = new ArrayList<String>();

    public WordDocument() {
        System.out.println("----------- WordDocument构造函数 -----------");
    }

    /**
     * 克隆对象
     */
    @Override
    protected WordDocument clone() {
        try {
            WordDocument doc = (WordDocument) super.clone();
            doc.mText = this.mText;
            doc.mImages = this.mImages;
            return doc;
        } catch (Exception e) {
        }

        return null;
    }

    public String getText() {
        return mText;
    }

    public void setText(String mText) {
        this.mText = mText;
    }

    public List getImages() {
        return mImages;
    }

    /**
     * @param img
     */
    public void addImage(String img) {
        this.mImages.add(img);
    }

    /**
     * 打印文档内容
     */
    public void showDocument() {
        System.out.println("----------- Word Content Start -----------");
        System.out.println("Text : " + mText);
        System.out.println("Images List: ");
        for (String imgName : mImages) {
            System.out.println("image name : " + imgName);
        }
        System.out.println("----------- Word Content End -----------");
    }
}

通过WordDocument类模拟了word文档中的基本元素，即文字和图片。WordDocument的在该原型模式示例中扮演的角色为ConcretePrototype， 而Cloneable的角色则为Prototype。WordDocument实现了clone方法以实现对象克隆。下面我们看看Client端的使用 : 

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        WordDocument originDoc = new WordDocument();
        originDoc.setText("这是一篇文档");
        originDoc.addImage("图片1");
        originDoc.addImage("图片2");
        originDoc.addImage("图片3");
        originDoc.showDocument();

        WordDocument doc2 = originDoc.clone();
        doc2.showDocument();
        
        doc2.setText("这是修改过的Doc2文本");
        doc2.showDocument();
         
        originDoc.showDocument();
    }

}

输出结果如下 : 

可以看到，doc2是通过originDoc.clone()创建的，并且doc2第一次输出的时候和originDoc输出是一样的。即doc2是originDoc的一份拷贝，他们的内容是一样的，而doc2修改了文本内容以后并不会影响originDoc的文本内容。需要注意的是通过clone拷贝对象的时候并不会执行构造函数！

浅拷贝和深拷贝

将main函数的内容修改为如下 : 

    public static void main(String[] args) {
        WordDocument originDoc = new WordDocument();
        originDoc.setText("这是一篇文档");
        originDoc.addImage("图片1");
        originDoc.addImage("图片2");
        originDoc.addImage("图片3");
        originDoc.showDocument();

        WordDocument doc2 = originDoc.clone();
        
        doc2.showDocument();
        
        doc2.setText("这是修改过的Doc2文本");
        doc2.addImage("哈哈.jpg");
        doc2.showDocument();
        
        originDoc.showDocument();
    }

细心的朋友可能发现了，在doc2添加了一张名为"哈哈.jpg"的照片，但是却也显示在originDoc中？这是怎么回事呢？  其实学习过C++的朋友都知道，这是因为上文中WordDocument的clone方法中只是简单的进行浅拷贝，引用类型的新对象doc2的mImages只是单纯的指向了this.mImages引用，而并没有进行拷贝。doc2的mImages添加了新的图片，实际上也就是往originDoc里添加了新的图片，所以originDoc里面也有"哈哈.jpg" 。那如何解决这个问题呢？  那就是采用深拷贝，即在拷贝对象时，对于引用型的字段也要采用拷贝的形式，而不是单纯引用的形式。示例如下 : 

    /**
     * 克隆对象
     */
    @Override
    protected WordDocument clone() {
        try {
            WordDocument doc = (WordDocument) super.clone();
            doc.mText = this.mText;
//            doc.mImages = this.mImages;
            doc.mImages = (ArrayList<String>) this.mImages.clone();
            return doc;
        } catch (Exception e) {
        }

        return null;
    }

源码分析

在Android源码中，我们以熟悉的Intent来分析源码中的原型模式。简单示例如下 : 

                Uri uri = Uri.parse("smsto:0800000123");    
                    Intent shareIntent = new Intent(Intent.ACTION_SENDTO, uri);    
                    shareIntent.putExtra("sms_body", "The SMS text");    
                    
                    Intent intent = (Intent)shareIntent.clone() ;
                    startActivity(intent);

结果如下 : 

可以看到，我们通过shareIntent.clone方法拷贝了一个对象intent, 然后执行startActivity(intent)， 随即就进入了短信页面，号码为0800000123,文本内容为The SMS text，即这些内容都与shareIntent一致。

下面我们看看Intent的clone的实现 : 

    @Override
    public Object clone() {
        return new Intent(this);
    }

    /**
     * Copy constructor.
     */
    public Intent(Intent o) {
        this.mAction = o.mAction;
        this.mData = o.mData;
        this.mType = o.mType;
        this.mPackage = o.mPackage;
        this.mComponent = o.mComponent;
        this.mFlags = o.mFlags;
        if (o.mCategories != null) {
            this.mCategories = new ArraySet<String>(o.mCategories);
        }
        if (o.mExtras != null) {
            this.mExtras = new Bundle(o.mExtras);
        }
        if (o.mSourceBounds != null) {
            this.mSourceBounds = new Rect(o.mSourceBounds);
        }
        if (o.mSelector != null) {
            this.mSelector = new Intent(o.mSelector);
        }
        if (o.mClipData != null) {
            this.mClipData = new ClipData(o.mClipData);
        }
    }

优点与缺点

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Android源码分析之原型模式